La estrella de neutrones «Black Widow» tarda una hora en orbitar la estrella que se está asando

Zoom / Impresión artística de una estrella de neutrones preparándose para explotar a su vecina con radiación.

Nuestro sol está solo en esta galaxia, sin ningún compañero cercano orbitando con él. Pero los sistemas estelares binarios son muy comunes, y nuestro vecino más cercano parece ser un sistema estelar triple. Dada la cantidad de tipos diferentes de estrellas que hay, muchos sistemas de estrellas múltiples tienen una mezcla orgánica peculiar, con estrellas gigantes inestables que orbitan junto a estrellas relativamente regulares.

En la edición del miércoles de Nature, los investigadores informan de una rareza: una estrella de neutrones «viuda negra» que está lo suficientemente cerca de su compañera como para estallarla con radiación. Si el proceso continúa, eventualmente hará que la estrella se evapore y muera. Y en buena medida, la pareja también tiene un compañero distante que es una estrella enana antigua y rara.

Buscando anomalías

Comenzó el trabajo en los archivos Instalación de tránsito de Zwicky. ZTF está diseñado para inspeccionar todo el cielo en el hemisferio norte cada dos días y utiliza un software para detectar cualquier cambio. A menudo, esto podría significar que algo está explotando: la estrella se enciende repentinamente (en algunos casos se vuelve visible desde la Tierra por primera vez) porque ha explotado como una supernova.

Pero esta búsqueda buscaba cambios transitorios en el brillo: cosas que periódicamente se iluminarían y se desvanecerían nuevamente. A menudo, esto se debe a compañeros en órbita, y los investigadores han estado utilizando su búsqueda para buscar específicamente binarias cercanas, en las que dos estrellas se orbitan entre sí a distancias que se ajustan perfectamente a nuestro sistema solar. Dado que las dos estrellas se eclipsan entre sí desde la perspectiva de la Tierra, la cantidad total de luz que llega a la Tierra cambiará periódicamente.

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Una de las cosas que surgieron de la encuesta se llamaba ZTF J1406 + 1222, y era… raro. Las observaciones de seguimiento confirmaron que la luz del sistema exhibía un patrón similar a una onda sinusoidal, que subía y bajaba regularmente. Pero lo hizo en un horario breve, con una frecuencia de poco más de una hora. Este comportamiento no fue causado por el eclipse porque algunas longitudes de onda de luz mostraron un cambio más significativo que otras: algunas longitudes de onda experimentaron una diferencia de intensidad de 13 veces durante un ciclo de una hora. Si ZTF J1406 + 1222 incluyera un eclipse estelar, la mayoría de las longitudes de onda experimentarían cambios de intensidad similares.

Dado que la explicación obvia no parece funcionar, los investigadores recurrieron a las explicaciones menos obvias pero aún plausibles. Y el que favorecían también incluía una estrella alrededor de la cual orbitaba un compañero cercano invisible. Pero en este caso, la compañera invisible estaba produciendo grandes cantidades de radiación que calentaba la estrella. Este proceso esencialmente produce una estrella que tiene un lado «diurno» que está bañado en radiación, por lo que es más enérgico y brillante, y el lado «nocturno» emite el brillo interno de la estrella.

¿Cuánta energía se necesita para obtener este tipo de diferencia de luminosidad? Los investigadores lo estiman en unidades completamente inútiles de ergs/seg; Pon las unidades que al menos sean algo comprensibles, puede ser aproximadamente 1012 megatones por segundo. Lo cual, según la mayoría de los estándares, es mucha radiación.

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arañas sin telaraña

Hay pocas cosas que pueden producir este tipo de radiación. Los investigadores excluyeron las enanas blancas, que producen mucha radiación en la región ultravioleta del espectro. ZTF J1406 + 1222 no parece tener mucho excedente allí, lo que significa que es poco probable que haya una enana blanca. Esto deja una estrella de neutrones como la explicación más probable.

Esta no es la primera vez que se observa un sistema cercano a una estrella de neutrones. Hemos visto lo suficiente como para que adoptaran su propia terminología. La primera persona identificada recogió el nombre.Pulsar viuda negra«en el que una estrella de neutrones sumergía a su compañera en suficiente radiación para destruirla. Los descubrimientos posteriores de sistemas similares se agruparon en la clase de binarias viuda negra, que se convirtieron en un subconjunto de la clasificación general de binarias araña».

Una mirada más cercana a ZTF J1406 + 1222 mostró que la estrella tiene líneas de absorción de hidrógeno en su espectro. Esto es bastante inusual, dado que la mayoría de las estrellas están compuestas de hidrógeno de alta energía que genera gran parte de la emisión. Pero en este caso, la radiación parece haber alejado una gran cantidad de hidrógeno de la estrella, donde puede absorber la radiación del entorno. Esto es consistente con la idea de que este es el Sistema Black Widow, donde la estrella se evaporará.

ZTF J1406 + 1222 resulta ser el dúo de viudas negras más cercano identificado hasta la fecha y plantea dudas sobre cómo se formó. Pero estas preguntas van más allá de la parte binaria del sistema de la viuda negra. Las observaciones también revelaron que es probable que una estrella vecina esté unida gravitacionalmente, lo que lo convierte en un sistema de tres estrellas. Y, por supuesto, esta estrella también está en el lado extraño, ya que pertenece a una clase llamada (no me lo estoy inventando) subenanos geniales. Estos son muy antiguos y contienen niveles muy bajos de elementos distintos del hidrógeno y el helio.

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Finalmente, no solo los componentes individuales de este sistema son extraños, sino que el sistema en su conjunto es bastante extraño. El compañero exterior orbita alrededor de 600 unidades astronómicas (una UA es la distancia promedio entre la Tierra y el Sol). A esta distancia, la fuerza gravitatoria es pequeña y cualquier perturbación puede romper el sistema de tres estrellas. Lo cual es especialmente extraño porque la órbita del sistema se acerca al núcleo galáctico y puede haber visto una explosión de supernova cuando se formó la estrella de neutrones, lo que significa que ZTF J1406 + 1222 tiene muchas excusas para dividirse ahora.

Todo esto refuerza la principal conclusión de quienes lo descubrieron: el ZTF J1406+1222 es un sistema interesante que merece mucho seguimiento adicional.

templar la naturaleza2022. DOI: 10.1038 / s41586-022-04551-1 (Acerca de los DOI).

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