Una binaria de enana blanca (¿magnética?)

• Título del artículo original: “Magnetically gated accretion in an accreting ‘non-magnetic’ white dwarf“
• Autores:S. Scaringi, T.J. Macarone, C. D’Angelo, C. Knigge, and P.J. Groot
• Institución del primer autor: University of Canterbury, Christchurch, New Zealand
• Estado de la publicación: Aceptado en Nature, open access
• Astrobite original: A (Non?)-Magnetic White Dwarf Binary, por Matthew Green

Es una broma común entre los astrónomos que la pregunta: “¿Has considerado los campos magnéticos?” Siempre es un obstáculo en las conferencias. Los campos magnéticos son complicados y, a menudo se comportan de manera no intuitiva. Cuando las personas necesitan considerar los campos magnéticos, es bueno poder hacer simplificaciones: por ejemplo, que un sistema es “magnético” o “no magnético”. En realidad, la situación puede ser más difícil. Exploramos un ejemplo en el articulo  de hoy.

Discos de acreción y campos magnéticos

Figura 1: impresión del artista de un polo intermedio: una enana blanca con un disco de acreción y un fuerte campo magnético. El campo magnético interrumpe el borde interno del disco de acreción. Fuente: Casey Reed / NASA

Vamos a hablar sobre cómo los campos magnéticos interactúan con un fenómeno astronómico común llamado acreción. Esto es cuando un objeto está tratando de atraer algo sobre sí mismo (tratando de “acretarlo”). Como la materia tiene un momento angular, no puede caer directamente sobre el objeto, sino que gira alrededor del objeto y lentamente se mueve en espiral hacia adentro. Este material inspirador forma un “disco de acreción” alrededor del objeto. Cuando el material cae sobre la superficie del objeto, se sobrecalienta y, en muchos casos, el disco de acreción puede ser más brillante que el mismo objeto central. Los discos de acreción se ven alrededor de enanas blancas , estrellas de neutrones, agujeros negros de masa estelar y agujeros negros supermasivos . El artículo de hoy trata de un ejemplo del caso de la enana blanca: un sistema binario en el que una enana blanca extrae gas de la atmósfera de una estrella de secuencia principal.

Los discos de acreción son una de esas situaciones en las que se realiza la suposición “magnética / no magnética”. En sistemas con campos magnéticos significativos, el campo magnético trunca el borde interior del disco de acreción; estos sistemas se conocen como polares o polares intermedios. (vea la Figura 1 para una impresión del artista). Los sistemas donde los campos magnéticos son débiles o inexistentes se conocen como sistemas “no magnéticos”, en los que el disco de acreción se extiende hasta la superficie de la enana blanca.

La binaria acretante MV Lyr

El artículo de hoy trata sobre un sistema llamado MV Lyr, que hasta ahora caía directamente en la categoría no magnética. El sistema estaba en el campo de visión original del Kepler satélite, que midió los cambios en su brillo en el transcurso de alrededor de cuatro años.

Al igual que muchos sistemas de discos de acreción, MV Lyr es bastante desordenado y muestra variabilidad en todo tipo de escalas de tiempo (consulte la Figura 2). Esta variabilidad tiene varios mecanismos diferentes, pero la mayor parte es impulsada por cambios en la velocidad a la que la enana blanca está acretando: cuando la tasa de acreción es alta, el sistema es brillante.

Figura 2: Parte superior: variabilidad de MV Lyr durante varias décadas, que muestra una gran cantidad de variabilidad a largo plazo. El tramo resaltado en rojo muestra el tramo de 4 años de las observaciones de Kepler. Medio: un acercamiento en el tramo de menor magnitud de los datos de Kepler. Abajo: otro acercamiento en la porción de amplitud más baja del panel central. Durante este estiramiento de baja amplitud, MV Lyr muestra ráfagas de brillo de media hora que se repiten aproximadamente una vez cada dos horas. Fuente: figura 1 en el documento de hoy.

Los autores del trabajo de hoy estaban particularmente interesados ​​en un período de 20 días de la curva de luz de MV Lyr en la que el sistema estaba en su punto más débil. Durante este período, el sistema mostró pulsos extraños en brillo: se volvería significativamente más brillante durante aproximadamente media hora cada dos horas. En algunos casos, el sistema crecería 6 veces más que su línea base, solo para volver a atenuarse media hora más tarde. Estos destellos peculiares son difíciles de explicar como debido  a las pulsaciones de una de las estrellas, o  asociarlas con el período en el que cualquiera de las estrellas gira sobre su eje. Los autores concluyeron que estos destellos, al igual que la variabilidad a largo plazo del sistema, deben ser impulsados ​​por los cambios en la tasa de acreción del sistema.

Hay un mecanismo que podría explicar los cambios en la tasa de acreción en un plazo tan corto, y me temo que involucra campos magnéticos. El mecanismo se conoce como “activación magnética” (magnetic gating, en Inglés), e investigaciones anteriores han sugerido que podría estar presente en ciertas binarias de estrellas de neutrones y en algunos sistemas con estrellas recién formadas. La teoría dice que si la tasa de acreción es baja, incluso un campo magnético muy débil perturbará el borde interno de un disco de acreción. Esto efectivamente corta el flujo de materia sobre la enana blanca. Esa materia en su lugar se acumula en el disco, aumentando su densidad y presión. Eventualmente, la presión que empuja el material en el borde interior del disco se vuelve lo suficientemente fuerte como para que el material pueda atravesar el campo magnético y la acreción en la enana blanca vuelva a comenzar. Este estallido de acreción solo dura hasta que el material acumulado en el disco se ha drenado, después de lo cual vemos otra detención en la tasa de acreción.

Figura 3: una ilustración del mecanismo de activación magnética. En el panel izquierdo, el campo magnético interrumpe el borde interno del disco de acreción, evitando que la materia caiga sobre la enana blanca. En el panel de la derecha, una vez que la materia se haya acumulado en el disco de acreción, la materia más cercana puede atravesar el campo magnético y acumularse en la enana blanca. Más allá de cierto punto, la materia debe seguir las líneas del campo magnético en lugar de permanecer como un disco. Fuente: figura 3 en el artículo de hoy.

Lo interesante de MV Lyr, como lo muestra el artículo de hoy, es que no muestra este comportamiento la mayor parte del tiempo. Cuando su tasa de acreción es alta, domina completamente el campo magnético y el sistema actúa como si no tuviera campo magnético. Solo durante los raros períodos en los que la tasa de acreción es más baja se revela el campo magnético. MV Lyr es uno de esos sistemas que no encaja perfectamente en sistemas simples de clasificación, y es solo un ejemplo más de cómo los campos magnéticos complican las cosas.