Dos enanas blancas bailando rapidísimo

• Título del artículo original: General Relativistic Orbital Decay in a 7 Minute Orbital Period Eclipsing Binary System
• Autores: Kevin B. Burdge, Michael W. Coughlin, Jim Fuller, Thomas Kupfer, Eric C. Bellm, Lars Bildsten, Matthew J. Graham, David L. Kaplan, Jan van Roestel, Richard G. Dekany, Dmitry A. Duev, Michael Feeney, Matteo Giomi, George Helou, Stephen Kaye, Russ R. Laher, Ashish A. Mahabal, Frank J. Masci, Reed Riddle, David L. Shupe, Maayane T. Soumagnac, Roger M. Smith, Paula Szkody, Richard Walters & S. R. Kulkarni, Thomas A. Prince
• Institución del primer autor: California Institute of Technology (Caltech) 
• Estado: publicado en Nature en Julio de 2019

Figura 1. Esquema del experimento LIGO. Una fuente emite un laser que es dividido para luego rebotar en dos espejos que redirigen el laser a un medidor de intensidad (Fuente: www.ligo.caltech.edu)

Desde abril de este año, la comunidad astronómica ha estado recibiendo nuevas alertas de LIGO/Virgo. Este ‘observatorio’ de ondas gravitacionales, cada una que otra semana ha detectado un evento relacionado a la fusión de dos cuerpos muy compactos (pequeños y densos) como agujeros negros o estrellas de neutrones. ¡En cualquier momento LIGO/Virgo puede detectar algo insospechado!

Debido a la configuración de LIGO/Virgo, hasta el dia de hoy estamos limitados a cierto tipo de evento – los que involucran grandes masas y altas frecuencias orbitales (o sea que se los cuerpos se orbitan rápido). Pero esto puede cambiar: existe una misión en desarrollo llamada LISA – que viene de Laser Interferometer Space Antenna y consiste en tres naves/antenas que monitorearán las variaciones del espacio-tiempo en una órbita similar a la de la tierra usando tecnología láser (similar al concepto con el que LIGO detecta ondas gravitacionales) 

Debido a que la distancia entre las antenas será mucho mayor que la que se puede lograr en la tierra, LISA será sensible a órbitas más lentas y de objetos menos masivos. Y es aquí donde comenzamos a analizar el artículo de este astrobito: usando datos tomados por ZTF (the Zwicky Transient Facility) los autores descubrieron un sistema binario eclipsante con un periodo de 6.91 minutos, el cual debería ser detectado por LISA durante su primera semana de observaciones.  

Figura 2. Esquema de LISA, donde tres antenas – que siguen al órbita de la tierra- usan láseres para medir fluctuaciones del espacio-tiempo. (Fuente: Humboldt University)

En el cerro Palomar en California se  encuentra el telescopio de 48 pulgadas que tiene como misión principal el monitorear el cielo norte. Al comparar las nuevas imágenes con las imágenes de referencia, se descubren a diario supernovas, asteroides y AGNs que son de los eventos transitorios más comunes en el cielo. Pero también se monitorean estrellas variables y objetos que cambian su flujo de manera constante, y es así como se descubren las binarias eclipsantes.

En este caso particular, después de ser descubierta, la binaria fue observada con el Kitt Peak Electronic Demonstrator (KPED) que tiene la capacidad de capturar imágenes cada 3 segundos. Luego de observar por horas, las imágenes se organizan según el periodo orbital para obtener imágenes más profundas de cada fase en la la órbita. Así se construye una curva de luz más exacta y se determina también el periodo orbital con más precisión. Puedes ver las diferencias y el detalle de estas curvas en laFigura 3. La curva de luz obtenida por ZTF no captura con detalle el segundo eclipse de la binaria, por lo que podría ser confundido con otro tipo de objeto variable.

Figura 3. Curvas de luz del sistema (figura 1 del articulo). La figura de arriba muestra la curva obtenida con datos de ZTF mientras que la de abajo fue construida con datos de KPED – con cadencia de 3 segundos.

Otra prueba interesante que se puede hacer con esta binaria eclipsante es derivar la tasa de decaimiento debido a la radiación gravitacional que emite. Esto se puede determinar porque se espera que un sistema con periodo orbital variable siga un comportamiento cuadrático en sus variaciones. Usando datos desde 2009 en adelante, la Figura 4 muestra cómo el cambio en el periodo orbital se ajusta a una parábola, tal como se deriva de la teoría de la relatividad.

Figura 4. Ajuste al decaimiento en la tasa de rotación del sistema. Figura 2 del articulo.

Al obtener el espectro de las estrellas en el sistema, los autores descubrieron que este par binario está compuesto por dos enanas blancas. Gracias al ajuste de modelos atmosféricos se puede determinar la temperatura de las estrellas y finalmente su distancia. Este sistema prueba ser uno de los más prometedores para ser detectado por LISA en el mundo de las ondas gravitacionales en el año ~2034, cuando comience a operar.