20 años del show de las estrellas binarias HM Cancri

Título del artículo original: Two decades of optical timing of the shortest-period binary star system HM Cancri
Autores: James Munday, T. R. Marsh, Mark Hollands, Ingrid Pelisoli, Danny Steeghs, Pasi Hakala, Elmé Breedt, Alex Brown, V. S. Dhillon, Martin J. Dyer, Matthew Green, Paul Kerry, S.P. Littlefair, Steven G. Parsons, Dave Sahman, Sorawit Somjit, Boonchoo Sukaum, y James Wild.
Institución del primer autor: Departamento de Física, Universidad de Warwick, Reino Unido.
Estado de la publicación: Aceptada para publicación en MNRAS, acceso abierto en arXiv.

El 2002 fue un año de muchas noticias. Brasil ganó el mundial de Japón-Corea, el virus SARS, primo del más conocido COVID-19, apareció por primera vez, se estrenaron Naruto y la película de Scooby Doo, y se descubrió un par muy especial de estrellas binarias en la constelación de Cáncer. Este artículo podría haber sido acerca de Naruto, pero mejor hablemos de las estrellas binarias, que en mi opinión son mucho más interesantes.

Estrellas binarias y su órbita cambiante

Un sistema estelar binario está compuesto por dos estrellas que orbitan su centro de masa mutuo. En algunos casos, estos sistemas pueden ser muy interesantes, por ejemplo cuando las dos estrellas están muy cerca la una de la otra. En el caso del sistema binario que estudian los autores del artículo de hoy, las estrellas están más cerca que la Tierra y la Luna. Mientras que la Luna se demora aproximadamente 29 días en orbitar la Tierra, las estrellas del sistema que estudiamos hoy lo hacen en tan sólo 5 minutos y 21 segundos. El sistema, que se llama RX J0806.3+1527, fue descubierto en 2002 por dos grupos trabajando independientemente (Ramsay et al. e Israel et al.). El potencial del sistema fue notado inmediatamente por ambos grupos, y cuando el primer capítulo de Naruto se estrenó, ya sabíamos bastante acerca de RX J0806.3+1527. Ya en 2002, ambos grupos notaron que RX J0806.3+1527, luego bautizado HM Cancri, es un objeto luminoso en rayos X (los mismos que se usan en medicina), con una variabilidad de aproximadamente 5 minutos y ambos grupos dedujeron que se trataba de dos enanas blancas orbitándose. Una enana blanca es un tipo de estrella vieja, compacta, de alta temperatura pero baja luminosidad. El Sol eventualmente se convertirá en una enana blanca, por ejemplo.

Las investigaciones en 2002 identificaron la posibilidad de que HM Cancri es una fuente muy potente de ondas gravitacionales. La teoría de relatividad general de Einstein predice que objetos masivos acelerando pueden emitir ondas gravitacionales, en otras palabras, ondas de energía de gravedad, similares a las ondas electromagnéticas. En el caso de HM Cancri, dos estrellas masivas a tan corta distancia, es probable que las ondas gravitacionales que produce el sistema estén entre las más potentes en la Vía Láctea. Y estas ondas no son gratis: ya que las ondas se llevan la energía del sistema, las estrellas tienen que acercarse para compensar. Eventualmente, es posible que pierdan tanta energía, que podrían llegar a chocar y producir un evento cataclísmico. Eventos de este tipo ya se han observado con el detector gravitacional LIGO, las primeras ondas gravitacionales detectadas por la humanidad.

Crucialmente, una de las dos enanas blancas está robándole masa a la otra enana blanca, un proceso que se llama acreción. Al revés de lo que le pasaría a una estrella normal, cuando una enana blanca pierde masa, su diámetro crece. Es por eso que la estrella que está “donando” masa es la más pequeña de las dos, y la que la acreta es la mayor. La emisión de ondas gravitacionales reduce el período orbital y la distancia entre las estrellas, y la acreción hace lo contrario. Por años, no estaba claro cúal será el destino de HM Cancris, y es aquí donde resaltamos las contribuciones del artículo de hoy.

20 años de estudio

El show de HM Cancris continuó con los años, y aproximadamente cuando terminó Naruto y comenzó Naruto Shippuuden (en 2007), ya la comunidad astronómica tenía sólidos datos observacionales en que basar sus teorías. Los datos son en la banda óptica (luz visible al ojo humano) y en rayos X, con varios telescopios en la Tierra y en el espacio, por ejemplo con el Telescopio William Herschel, el Gran Telescopio Canarias, el Very Large Telescope (literalmente Telescopio Muy Grande), y el Telescopio Espacial Hubble. Las simulaciones computarizadas no se hicieron esperar tampoco, y para cuando terminó Naruto Shippuuden, las simulaciones de la evolución del sistema revelaron detalles acerca de las capas de hidrógeno que la estrella donante le entrega a la acretora.

Los autores del artículo de hoy utilizan estos datos, más sus propias simulaciones, y encuentran que el período orbital de las estrellas está disminuyendo. Esto es debido a las ondas gravitacionales, cosa que ya se sabía. Los autores van más allá y logran medir el cambio en la tasa de cambio del período, e identificaron que está disminuyendo. Lo que queremos decir con esto es, que el período orbital está disminuyendo, pero disminuye cada vez más lentamente, y eventualmente dejará de disminuir y comenzará a aumentar. En otras palabras, los autores descubrieron que HM Cancris no va a colapsar en un choque estelar cataclísmico, y esto es debido al intercambio de masa entre las dos estrellas. Los autores predicen que la distancia orbital será mínima en 2100 ± 800 años en el futuro, y luego comenzará a crecer, decisivamente rechazando la posibilidad de que las estrellas choquen. La única forma de que choquen sería si ocurre una nova o supernova en la estrella mayor.

Los autores además logran medir las masas de las dos estrellas con mayor precisión que antes, descubriendo que la estrella menor tiene tan sólo 0.17 masas solares, y la mayor tiene alrededor de 1 masa solar.

Los autores no lograron medir la distancia entre la Tierra y HM Cancris, así que la incertidumbre no ha desaparecido aún. HM Cancris puede revelar mucho acerca de este tipo de estrellas binarias en órbitas cercanas, sobre todo con sus potentes ondas gravitacionales. Hay dos grandes proyectos para lanzar detectores de ondas gravitacionales al espacio, LISA y TianQin, y ellos seguramente harán grandes descubrimientos gracias a HM Cancris. Quizás para cuando Boruto termine, sabremos aún más. ¡Mantegámonos al tanto!