Las olas gigantes como tres soles están rompiendo sobre una estrella colosal.

10 de agosto de 2023

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por el Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Un sistema estelar extremo está dando un nuevo significado a la frase 'las olas están subiendo'.

El sistema estelar intrigó a los investigadores porque es la estrella 'latido del corazón' más dramática registrada hasta ahora. Ahora, nuevos modelos han revelado que olas titánicas, generadas por las mareas, rompen repetidamente en una de las estrellas del sistema, siendo la primera vez que este fenómeno se observa en una estrella.

Las estrellas latido del corazón son estrellas cercanas que periódicamente pulsan en brillo, como el ritmo de un corazón latiendo en una máquina de EKG. Las estrellas en estos sistemas de latido del corazón atraviesan órbitas elípticas alargadas. Cada vez que se acercan entre sí, las gravidades de las estrellas generan mareas, al igual que la Luna crea mareas oceánicas en la Tierra. Las mareas estiran y distorsionan las formas de las estrellas, alterando la cantidad de luz estelar que se ve proveniente de ellas a medida que sus lados anchos o estrechos alternativamente se enfrentan a la Tierra.

Un nuevo estudio explica por qué las fluctuaciones de brillo en un sistema estelar de latido del corazón particularmente extremo miden alrededor de 200 veces más que las estrellas de latido del corazón típicas. La causa son olas gigantescas que se extienden en la estrella más grande, generadas cuando su estrella compañera más pequeña pasa regularmente cerca. Estas olas de marea alcanzan alturas y velocidades tan enormes, según descubre el estudio, que las olas se rompen, similar a las olas oceánicas, y caen sobre la superficie de la estrella grande.

Apodado "estrella de desamor" por los astrónomos, el sistema ofrece una visión sin precedentes de cómo interactúan las estrellas masivas.

"Cada impacto de las imponentes olas de mareas de la estrella libera suficiente energía para desintegrar nuestro planeta entero varias veces", dice Morgan MacLeod, un investigador postdoctoral en Astrofísica Teórica en el Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) y autor de un nuevo estudio publicado en Nature Astronomy que informa estos hallazgos. "Estas son olas realmente grandes".

Y sin embargo, según el profesor Abraham (Avi) Loeb, el asesor de MacLeod, el Director del Instituto de Teoría y Cálculos de CfA y el otro autor del artículo, "Las olas rompientes en las estrellas son tan hermosas como las de las playas de nuestros océanos".

Las estrellas de latido del corazón fueron vistas por primera vez cuando el telescopio espacial Kepler de la NASA, dedicado a la búsqueda de exoplanetas, detectó sus sutiles pulsaciones de brillo características.

Un simulación por computadora de la dinámica del gas del sistema muestra que durante un paso cercano, se forma una gran ola de marea en la estrella más grande antes de estrellarse contra la superficie. Crédito: Morgan MacLeod, CfA

Sin embargo, la estrella de desamor extremo no pasa desapercibida. La estrella más grande del sistema tiene casi 35 veces la masa del Sol y, junto con su estrella compañera más pequeña, se designa oficialmente como MACHO 80.7443.1718, no por su fortaleza estelar, sino porque los cambios de brillo del sistema fueron registrados por primera vez por el Proyecto MACHO en la década de 1990, que buscaba señales de materia oscura en nuestra galaxia.

La mayoría de las estrellas de latido del corazón varían en brillo solo alrededor del 0.1%, pero MACHO 80.7443.1718 llamó la atención de los astrónomos debido a sus cambios de brillo dramáticos sin precedentes, aumentando y disminuyendo en un 20%. "No conocemos ninguna otra estrella de latido del corazón que varíe de esta manera", dice MacLeod.

Para desentrañar el misterio, MacLeod creó un modelo por computadora de MACHO 80.7443.1718. Su modelo capturó cómo la gravedad de las dos estrellas genera mareas masivas en la estrella más grande. Las olas de marea resultantes se elevan hasta aproximadamente una quinta parte del radio de la estrella gigantesca, lo que equivale a olas tan altas como tres Soles apilados uno encima del otro, o aproximadamente 2.7 millones de millas de altura.

Las simulaciones muestran que las olas masivas comienzan como oleajes suaves y organizados, al igual que las olas en el agua de mar, antes de curvarse y romperse. Como saben los bañistas, las poderosas olas oceánicas que se estrellan lanzan rocío marino y burbujas, dejando "un gran desorden espumoso" donde antes había una ola suave, dice MacLeod.

La tremenda liberación de energía de las olas que se estrellan en MACHO 80.7443.1718 tiene dos efectos, muestra el modelo de MacLeod. Hace girar la superficie estelar cada vez más rápido y lanza gas estelar hacia afuera para formar una atmósfera estelar giratoria y brillante.

About once a month, the two stars pass each other and a fresh monster wave barrels across the heartbreak star's surface. Cumulatively, this agitation has caused the big star in MACHO 80.7443.1718 to bulge at its equator by about 50% more than at its poles. And, with each new passing wave, more material is flung outward, like 'spinning pizza crust flinging off chunks of cheese and sauce' says MacLeod. The signature glow of this atmosphere was one of the key clues that waves were breaking on the star's surface, according to MacLeod.

As unprecedented as MACHO 80.7443.1718 is, it is unlikely to be unique. Of the nearly 1,000 heartbeat stars discovered so far, about 20 of them display large brightness fluctuations approaching those of the system simulated by MacLeod and Loeb. 'This heartbreak star could just be the first of a growing class of astronomical objects,' MacLeod says. 'We're already planning a search for more heartbreak stars, looking for the glowing atmospheres flung off by their breaking waves.'

All things considered, MacLeod says we are lucky to have caught the star in this phase, 'We are watching a brief and transformative moment in a long stellar lifetime.' And by watching the colossal surf roll across a stellar surface, astronomers hope to gain an understanding of how close interactions shape the evolution of stellar pairs.

Journal information: Nature Astronomy

Provided by Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics