La búsqueda de compañeras enanas blancas alrededor de púlsares de milisegundos

• Título: Optical Identification of He White Dwarfs Orbiting Four Millisecond Pulsars in the Globular Cluster 47 Tucanae
• Autores: M. Cadelano, C. Pallanca, F. R. Ferraro, M. Salaris, E. Dalessandro, B. Lanzoni, P. C. C. Freire
• Institución del primer autor: Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universita di Bologna
• Astrobite original: Searching for white dwarf companions around millisecond pulsars, por Anson Lam

Una gran parte de todas las estrellas se cree que existen en sistemas binarios. Muchos de estos sistemas contienen objetos más exóticos que estrellas normales. Una clase interesante de objetos son los púlsares de milisegundos (MSPs, por su acrónimo en inglés), los cuales son estrellas de neutrones con un gran velocidad de rotación, entre 1-10 milisegundos. Estos objetos se encuentran en sistemas binarios y se cree que tiene su gran velocidad de rotación por la acreción de materia de una estrella compañera. Como resultado, muchas veces la estrella compañera es una enana blanca de helio, despojado de su capa superior de material. Una gran parte de MSPs se encuentra en los cúmulos globulares, y se cree que estos cúmulos alimenta la formación de sistemas binarios debido a la alta densidad de estrellas.

Fig. 1: Imágenes del Hubble Space Telescope de púlsares observados en esta investigación. Los círculos negros se centran en los púlsares y los círculos rojos indica las posiciones de sus propias compañeras enanas blancas.

Los autores de esta investigación utilizan observaciones “ultra-profundas” de UV del Hubble Space Telescope para buscar compañeros ópticos cerca a púlsares de milisegundos en sistemas binarios en el cúmulo globular 47 Tucanae. Esos tipos de observaciones son difíciles por el medio ambiente, lleno de otras estrellas. Esto hace que sea difícil identificar con exactitud los objetos compañeros y sus coordenadas precisas. A partir de esas imágenes de Hubble (Fig. 1), los autores encuentran cuatro nuevas compañeras de los púlsares que son enanas blancas de helio, e investigan más sobre dos otros sistemas binarios ya conocidos a través de la búsqueda de  objetos vecinos junto a estos púlsares. Estos objetos compañeros estan localizados en una región del diagrama de color-magnitud (CMD) del cúmulo globular donde se encuentran las enanas blancas de helio. Por eso, los autores dicen que las compañeras están relacionadas físicamente a los púlsares, y no es simplemente una coincidencia óptica que se encuentren cerca en el cielo. Para examinar las propiedades físicas de estas compañeras enanas blancas, los autores comparan la posición de cada objeto en el diagrama de color-magnitud con una serie de curvas de enfriamiento para las enanas blancas (Fig. 2). Una enana blanca de una masa particular se mueve sobre el CMD; su color cambia mientras pierde calor por la radiación a través del tiempo. Por medio de este análisis, todas las compañeras enanas blancas tiene masas entre 0.15-0.2 masas solares, y las edades obtenidas son consistentes con lo que se espera tomando en cuenta las edades de los púlsares.

Fig. 2: Un diagrama de color-magnitud de 47 Tuc, específicamente en la región de enanas blancas. Las curvas de color gris indican las curvas de enfriamiento de las enanas blancas de helio por varias masas. Los puntos azules indica las compañeras enanas blancas de los púlsares observados aquí, y las formas negras indica las diferentes edades en cada curva. Puntos negros pequeños indica estrellas normales en el cúmulo.

Los autores también encuentran una sistema binario que se cree contiene un púlsar “redback.” Pulsares “redback” (llamado asi por una araña que se consume a su pareja) se encuentran en sistemas en los cuales la estrella compañera pierde su material por la energía irradiada por el púlsar. Viendo la forma de la curva de luz de este sistema binario, los autores encuentran evidencia de que la estrella compañera de este púlsar esta perturbada y calentada por la irradiación del púlsar.

Identificando estos pares de púlsares y enanas blancas y midiendo sus propiedades físicas, podemos probar la exactitud de nuestros modelos de evolución estelar. Los estudios de este tipo de sistemas nos ayudan a entender la importancia de interacciones dinámicas entre objetos durante las varias etapas de la evolución estelar.