La mayoría de las estrellas masivas viven en pareja

Un nuevo estudio llevado a cabo utilizando el telescopio VLT (Very Large Telescope) del Observatorio Europeo Austral (ESO), muestra que la mayor parte de las estrellas masivas muy brillantes, las cuales provocan la evolución de las galaxias, no viven solas.

Se ha descubierto que, al menos tres de cada cuatro de estas estrellas, tienen una estrella compañera cercana, muchas más de las que en un principio se creía.

Sorprendentemente, muchos de esos pares también están interactuando, generando capítulos de inestabilidad, tales como transferencia de masa de una estrella a la otra, e incluso se cree que alrededor de un tercio de ellas acabarán fundiéndose, formando una sola estrella. Los resultados de la presente investigación han sido publicados en la revista Science.

Auténticos monstruos

El Universo es un lugar plagado de diversidad, y hay muchas estrellas diferentes a nuestro Sol. Un equipo internacional ha utilizado el VLT para estudiar unas estrellas conocidas como “de tipo O”, que tienen unas temperaturas muy altas, así como mucha masa y un gran brillo (1).

Estas estrellas tienen vidas muy cortas y violentas y juegan un papel clave en la evolución de las galaxias. También están relacionadas con fenómenos extremos como los estallidos de rayos gamma o las denominadas “estrellas vampiro”, donde una compañera de menor tamaño absorbe la materia de la superficie de su vecina, de mayor tamaño.

“Estas estrellas son auténticos monstruos” afirma Hugues Sana (Universidad de Ámsterdam, Países Bajos), quien lidera este trabajo. “Tienen 15 o más veces la masa de nuestro Sol y pueden superar su brillo en más de un millón de veces. Estas estrellas son tan calientes que brillan con una intensa luz blanquiazul y tienen temperaturas superficiales de 30.000 grados Celsius”.

Los astrónomos estudiaron un conjunto de estrellas individuales de tipo O y parejas de estrellas (binarias), situadas en seis cúmulos cercanos de estrellas jóvenes en la Vía Láctea.

Analizando en profundidad la luz proveniente de estos objetos (2), el equipo descubrió que el 75% de todas las estrellas de tipo O se encuentran en sistemas binarios, una proporción mayor de la estimada hasta el momento y la primera determinación numérica precisa.

Aún más importante incluso: encontraron que la proporción de estas parejas que se encuentran lo suficientemente cerca como para interactuar (ya sea por fusiones estelares o por transferencia de masa en las denominadas “estrellas vampiro”), es mucho mayor de lo que se había pensado hasta el momento, lo cual tiene profundas implicaciones en nuestra comprensión de la evolución de las galaxias.

Las estrellas de tipo O constituyen tan solo una fracción del porcentaje total de estrellas en el universo, pero los violentos fenómenos asociados a su presencia implican un efecto desproporcionado en su entorno.

Los vientos y choques provocados por estas estrellas pueden tanto desencadenar como frenar la formación estelar, su radiación alimenta el resplandor de las brillantes nebulosas, sus supernovas enriquecen las galaxias con elementos pesados cruciales para la vida, y están asociadas con los estallidos de rayos gamma, uno de los fenómenos más energéticos del universo.

Por tanto, las estrellas de tipo O están implicadas en muchos de los mecanismos que desencadenan la evolución de las galaxias. “La vida de una estrella se ve profundamente influenciada por el hecho de tener a otra estrella cerca”, afirma Selma de Mink (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, - Space Telescope Science Institute-, Estados Unidos), coautora del estudio. “Si dos estrellas orbitan muy cerca la una de la otra, pueden llegar a fundirse. Pero incluso si esto no ocurre, es común que una de las estrellas atraiga material de la superficie de su compañera”.

Una vida diferente a la de las estrellas solitarias

El equipo estima que la fusión entre estrellas, un fenómeno violento, puede ser el destino final de entre un 20 y un 30% de las estrellas de tipo O. Pero incluso un escenario más moderado como el de las estrellas vampiro, que alcanza a un 40-50% de los casos, tiene profundos efectos en la evolución de estas estrellas.

Hasta el momento, los astrónomos consideraban que, en su mayor parte, las estrellas binarias masivas que orbitaban muy cerca la una de la otra eran una excepción, algo que explicaba fenómenos exóticos como las binarias de rayos X, púlsares dobles y binarias de agujeros negros.

El nuevo estudio muestra que, para interpretar correctamente el universo, no se puede hacer esta simplificación: estas parejas de estrellas pesadas no son solo muy comunes, sino que sus vidas son diferentes a las de las estrellas individuales.

Por ejemplo, en el caso de las estrellas vampiro, la estrella más pequeña, de menor masa, rejuvenece a medida que absorbe el hidrógeno fresco de su estrella compañera. Su masa aumentará substancialmente y sobrevivirá a su compañera, viviendo más tiempo que una estrella individual de la misma masa.

La estrella víctima, mientras tanto, perderá sus capas antes de tener la oportunidad de convertirse en una luminosa estrella roja supergigante. En su lugar, su caliente núcleo azul quedará al descubierto. El resultado es que la población de estrellas de una galaxia distante puede parecer mucho más joven de lo que es en realidad: ambas, las estrellas vampiro rejuvenecidas, y las víctimas empequeñecidas, se vuelven más calientes y más azules, imitando la apariencia de estrellas más jóvenes.

Conocer la proporción real de estrellas binarias masivas que interactúan es crucial para caracterizar correctamente estas galaxias distantes (3).

“La única información que tienen los astrónomos sobre galaxias distantes viene de la luz que llega a nuestros telescopios. Sin aceptar supuestos sobre cuál es el origen responsable de emitir esa luz, no podemos sacar conclusiones sobre la galaxia, como determinar cuán masiva es o cuál puede ser su edad. Este estudio demuestra que aceptar el supuesto de que la mayor parte de las estrellas son individuales puede llevarnos a conclusiones erróneas”, concluye Hugues Sana.

Para comprender la magnitud de estos efectos, y cuánto puede cambiar esta nueva perspectiva nuestra visión de la evolución de las galaxias, serán necesarios más estudios. Modelar estrellas binarias es complicado, por lo que llevará tiempo antes de que todas estas consideraciones se incluyan en modelos de formación de galaxias.

Notas

(1) La mayor parte de las estrellas se clasifican según su tipo espectral o color. Esto, a su vez, está relacionado con la masa y la temperatura superficial de las estrellas. Desde las más azules (y, por ende, más calientes y de mayor masa) hasta las más rojas (más frías y de menor masa) la secuencia de clasificación más común es O, B, A, F, G, K y M. Las estrellas de tipo O tienen temperaturas superficiales de alrededor de 30.000 grados Celsius o más, y tienen un brillante color azul pálido. Tienen una masa de unas 15 veces o más la masa del Sol.

(2) Las estrellas que componen los sistemas de estrellas binarias normalmente se encuentran demasiado cerca la una de la otra como para poder distinguirlas directamente como puntos de luz separados. Aún así, el equipo fue capaz de detectar su naturaleza binaria utilizando el espectrógafo ultravioleta y visible UVES del VLT (Ultraviolet and Visible Echelle Spectrograph). Los espectrógrafos separan la luz de las estrellas tal y como un prisma divide la luz del Sol en los colores del arco iris. Impresa en la luz de la estrella hay un sutil patrón, parecido a los códigos de barras, generado por los elementos contenidos en sus atmósferas, que oscurecen colores específicos de la luz (denominadas líneas de absorción). Cuando los astrónomos observan estrellas individuales, estas líneas de absorción son fijas, pero en las binarias, las líneas de las dos estrellas se superponen ligeramente debido al movimiento. La amplitud con la cual dichas líneas se contrarrestan entre ellas y la forma en que se mueven en el tiempo, permite a los astrónomos determinar el movimiento de la estrella y las características de su órbita, incluso saber si están lo suficientemente cerca la una de la otra como para intercambiar masa o incluso fundirse.

(3) La existencia de este amplio número de estrellas vampiro encaja con fenómenos anteriores que no tenían explicación. Se ha observado que, alrededor de un tercio de las estrellas que explotaban como supernovas, tienen muy poco hidrógeno. Aún así, la proporción de supernovas pobres en hidrógeno casi encaja con la proporción de estrellas vampiro encontradas en este estudio. Se especula que las estrellas vampiro son las responsables de causar esa escasez de hidrógeno en supernovas, ya que las capas exteriores ricas en hidrógeno son arrancadas por la gravedad de las estrellas vampiro antes de que su víctima explote como supernova.