La binaria acelerada que no debería existir

• Título del artículo original: “An extremely fast halo hot subdwarf star in a wide binary system“
• Autores: P. Németh, E. Ziegerer, A. Irrgang, S. Geier, F. Fürst, T. Kupfer, U. Heber
• Institución del primer autor: Dr. Karl Remeis-Observatory, Astronomical Institute, University of Erlangen – Nuremberg
• Estado de la publicación: Aceptado en Astrophysical Journal
• Astrobite original: The speeding binary that shouldn’t exist

Las estrellas hiperveloces (HVS, por sus siglas en inglés) reciben ese nombre porque aceleran a través de nuestra galaxia de manera muy, muy rápida. Tan rápido, de hecho, que pueden escapar de la atracción gravitacional de nuestra galaxia (aproximadamente 300 km / s para la Vía Láctea). Esto significa que o bien están volando desde cualquier otro lugar, tal vez una galaxia enana que colisionó con nosotros (artículo en inglés) , o se aceleraron a tan altas velocidades por un evento dramático dentro de nuestra propia galaxia. Hay dos teorías ampliamente aceptadas acerca de lo que podría ser este evento, y las estrellas HVS a menudo se dividen en dos categorías según la historia de origen que mejor se adapte. Una teoría propone que cuando un sistema estelar binario se acerca demasiado al agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea , es desgarrado por las fuertes fuerzas gravitatorias, dejando a una estrella en una órbita cercana alrededor del agujero negro y expulsando la otra. Sin embargo, algunos HVS se han visto viajando desde otras partes de la galaxia. Esto también se puede explicar con sistemas de estrellas binarias, pero en este caso es la fuerza de la explosión de supernova de una estrella que expulsa a su compañera y la acelera a altas velocidades.

Para aprender más sobre la teoría de la supernova, los autores escogieron una estrella de la Sloan Digital Sky Survey (SDSS) llamada PB 3877 para ser parte de un estudio de seguimiento de las estrellas HVS. El PB 3877 se observó a una velocidad de 713 ± 140 km / s con respecto a la galaxia, situándolo muy por encima de los requisitos para una HVS. También rastrearon su pasada trayectoria y descubrieron que no se originó en el agujero negro en el centro de nuestra galaxia, descartando la otra teoría principal (ver Figura 1). Para clasificar mejor la estrella y aprender más sobre la composición y la rotación de la estrella, los autores utilizaron el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (ESO-VLT) para tomar los espectros de mayor resolución de la estrella.

Figura 1: Representación de un artista del sistema HVS sobre nuestra galaxia. La linea azul muestra la trayectoria pasada del HVS. (Crédito: Marca Thorsten)

En cambio, encontraron algo mucho más emocionante. Los nuevos datos mostraron claramente que PB 3877 no estaba solo en su viaje por el cielo: tenía una compañera, lo que la convertía en la mitad de un sistema estelar binario. Con esta nueva información, pudieron calcular la velocidad del binario con mayor precisión. Descubrieron que se movía a una velocidad mucho más lenta de 571.3 ± 76.4 km / s, aunque aún lo suficientemente rápido como para clasificarse como un sistema HVS. Este es el primer sistema de estrella binaria que se encuentra moviéndose a velocidades tan increíbles, y su existencia no encaja en ninguna de las teorías actuales sobre los orígenes de las HVS. Todas las teorías requieren que la estrella experimente fuerzas gravitacionales increíblemente intensas para acelerarla a velocidades lo suficientemente altas, pero en base a sistemas binarios similares, los autores estiman que las estrellas están muy separadas y por lo tanto solo están débilmente unidas. Esto significa que cualquiera de esas fuertes fuerzas gravitacionales desgarraría el sistema binario antes de que pudiera alcanzar estas altas velocidades, haciendo que su supervivencia sea un misterio.

Figura 2: el panel superior muestra la Vía Láctea. El sistema binario está representado por la estrella, y el Sol (círculo abierto) y el centro galáctico (punto negro) se muestran como referencia. Esta figura muestra las órbitas simuladas asumiendo el modelo más masivo de la Vía Láctea. Las áreas coloreadas son donde esas órbitas pasan a través del disco galáctico, y una órbita se dibuja por la línea punteada en la figura. Los paneles inferiores muestran la evolución de una de estas órbitas en los últimos 10 mil millones de años. El panel izquierdo nos da una perspectiva cuando vemos la galaxia de frente, y el panel derecho muestra las órbitas cuando vemos el borde de la galaxia.

Los autores han propuesto algunas posibles explicaciones para este misterio. La primera es que el sistema binario era parte de una galaxia enana que se fusionó con la Vía Láctea, por lo que solo se mueve a una velocidad elevada en relación con nuestra galaxia. Sin embargo, la falta de otras estrellas moviéndose en trayectos similares en esta área hace que esta teoría sea menos plausible. Otra posibilidad es que la estrella no sea realmente una HVS. La velocidad requerida para hacer que una estrella sea un HVS depende de la masa de la Vía Láctea, y cuanto más masiva sea la Vía Láctea, mayor será la velocidad necesaria para escapar de ella. Todavía existe una gran cantidad de incertidumbre en nuestras mediciones de la masa de la Vía Láctea, por lo que los autores decidieron explorar qué efecto podría tener el cambio de la distribución de masa en el sistema binario. Utilizaron tres modelos diferentes de distribución de masa (artículo en inglés) , con 190, 120 y 200 mil millones de masas solares. Las órbitas para el modelo más masivo se pueden ver en la Figura 2. En este modelo, el sistema binario está casi seguro en una órbita ligada, lo que significa que ya no se considerará un sistema HVS. Para los modelos de menor masa, la probabilidad de que el sistema esté en una órbita ligada cae considerablemente al 40%, por lo que todavía se clasificaría como un sistema HVS.

Esto vincula el misterioso sistema binario con el problema de determinar el perfil de masa exacto de la Vía Láctea y su halo de materia oscura. Si descubrimos que la Vía Láctea es más masiva de lo que se pensaba anteriormente, entonces este único sistema habrá contribuido en gran medida a nuestra comprensión de nuestra propia galaxia. Si no, este sistema binario aún plantea su propio misterio intrigante para ser resuelto.