Los últimos datos de estrellas del observatorio espacial Gaia han permitido por primera vez a los astrónomos generar un atlas 3D masivo de estrellas binarias muy separadas dentro de unos 3.000 años luz de la Tierra, 1,3 millones de ellas.
El atlas único, creado por Kareem El-Badry, estudiante de doctorado en astrofísica de la Universidad de California, Berkeley, debería ser una bendición para quienes estudian estrellas binarias, que componen enal menos la mitad de todas las estrellas similares al sol, y enanas blancas, exoplanetas y evolución estelar, en general. Antes de Gaia, la última compilación de estrellas binarias cercanas, reunida con datos del ahora desaparecido satélite Hipparcos, incluía unos 200 pares probables.
"Esto es solo un aumento masivo en el tamaño de la muestra", dijo El-Badry. "Y es un aumento en los tipos de fases evolutivas en las que encontramos los binarios. En nuestra muestra, tenemos 17,000 enanas blancas solamente. Esto esun censo mucho más grande ".
Las enanas blancas son las etapas finales de la mayoría de las estrellas; el sol probablemente terminará como una enana blanca compacta en 5 mil millones de años. El atlas de El-Badry incluye 1.400 sistemas que consisten en dos enanas blancas y 16.000 binarias que consisten en una enana blancay otro tipo de estrella
Sin embargo, la gran mayoría de los 2,6 millones de estrellas individuales todavía están en la flor de la vida. Los astrónomos se refieren a ellas como estrellas de secuencia principal, porque se agrupan a lo largo de una línea cuando se trazan en un gráfico que muestra la temperatura frente al brillo.
Con un tamaño de muestra tan grande, dijo El-Badry, es posible hacer la demografía de la población de estos gemelos estelares, haciendo preguntas como: ¿Cuál es la distribución de las proporciones de masa de las dos estrellas en todos estos sistemas binarios?separaciones o excentricidades distribuidas?
El-Badry planea centrarse en el futuro en las binarias de las enanas blancas, porque a las enanas blancas se les puede asignar una edad con mayor precisión de lo que es posible con las estrellas regulares. Las estrellas de la secuencia principal, como el Sol, pueden verse iguales durante miles de millones o incluso decenas dede miles de millones de años, mientras que las enanas blancas cambian; por un lado, se enfrían a un ritmo bien definido. Y dado que los pares binarios nacen al mismo tiempo, la edad de la enana blanca les dice a los astrónomos la edad de sus principales-secuencia gemelo, o de cualquier planeta alrededor de las estrellas.
"Para una enana blanca, en general, es fácil saber cuántos años tiene, no solo desde que se convirtió en enana blanca, sino cuál es su edad total", dijo. "También puede medir su edad.masas, porque las enanas blancas tienen una relación masa-radio bien conocida ".
Como ejemplo, El-Badry y sus colegas utilizaron recientemente los datos de Gaia para estimar la edad de un gigante gaseoso del tamaño de Júpiter descubierto por el satélite TESS alrededor de un par de enanas blancas-K. Ese exoplaneta, TOI-1259Ab, resultótener unos 4 mil millones de años, según la edad de la enana blanca.
"En este catálogo, hay algo así como 15 sistemas como este: estrella más planeta más enana blanca", dijo, "y hay otros pocos cientos que son estrella más planeta más otra estrella. Esos también son potencialmente interesantes porque,en algunos casos, la otra estrella hará algo dinámicamente con el planeta ".
El nuevo catálogo de estrellas binarias cercanas ha sido aceptado para su publicación en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .
El-Badry también colaboró con Jackie Faherity, científica y educadora del Museo Estadounidense de Historia Natural en la ciudad de Nueva York, para crear un video sobre los millones de estrellas binarias alrededor de la Tierra, que representa una buena parte de latoda la Vía Láctea.
estrellas binarias
Hasta que Gaia fue lanzada por la Agencia Espacial Europea en 2013 para medir con precisión las distancias y los movimientos de millones de estrellas cercanas, la única forma de encontrar binarias era buscar estrellas muy juntas en el cielo. Esto puede ser complicado, porque las estrellasque se ven muy cerca de la Tierra podrían estar a cientos o miles de años luz entre sí, simplemente sentados a lo largo de la misma línea de sitio.
Descartar una alineación aleatoria requiere mucho tiempo de observación para confirmar que los dos candidatos están realmente a la misma distancia y moviéndose juntos. Debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol, las estrellas cercanas parecen cambiar de posición en el cielo, y ese paralaje puedepuede usarse para calcular qué tan lejos están. El movimiento de la estrella a través del cielo, conocido como movimiento propio, ayuda a determinar su velocidad.
Gaia realiza esta tediosa astrometría continuamente para todas las estrellas cercanas en el cielo, las 24 horas del día, los 7 días de la semana, desde su órbita en el punto Lagrange Tierra-Sol. Sin embargo, el estudio del telescopio espacial es más útil para las estrellas dentro de unos 3.000 años luz de la Tierra,porque más allá de eso, el paralaje suele ser demasiado pequeño para medir
El-Badry buscó por primera vez estrellas binarias en los datos de Gaia después del segundo lanzamiento de mediciones de estrellas de la misión en 2018, con la ayuda de sus colegas Hans-Walter Rix, director del Instituto Max-Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania, y TylerHeintz, un estudiante de posgrado de la Universidad de Boston. Desarrollaron técnicas computacionales para identificar estrellas que se mueven juntas a través del espacio y a la misma distancia de la Tierra. La técnica básicamente proyecta el movimiento de cada estrella durante miles de años, basándose en su movimiento actual, y extraeestrellas que se mueven en la misma dirección. Si también resultan estar a la misma distancia según el paralaje, probablemente estén unidas entre sí, dijo.
Él y sus colegas se enfocan principalmente en binarios anchos, aquellos separados por una distancia de 10 AU unidades astronómicas o más, es decir, 10 o más veces la distancia entre la Tierra y el sol 93 millones de millas.Las estrellas más cercanas que eso suelen aparecer como un punto de luz y requieren otras técnicas espectroscópicas para distinguir si son verdaderas binarias.
Para conocer por primera vez los últimos datos de Gaia, El-Badry se levantó a las 3 am en la fecha de lanzamiento, el 3 de diciembre del año pasado, y se unió a otros 100 astrónomos de todo el mundo en Zoom. Rápidamente ejecutó consultas preprogramadasen los datos para extraer la información del catálogo que necesitaba para crear el mapa 3D.
Las consultas iniciales arrojaron unos 1.8 millones de candidatos binarios del catálogo de 1.800 millones de estrellas de Gaia, por lo que El-Badry primero tuvo que evaluar la probabilidad de que algunos de los pares estuvieran a la misma distancia y se movieran en direcciones similares solo por casualidad, no porqueestán emparejados. Él estima que casi 1.3 millones de pares tenían al menos un 90% de probabilidades de estar vinculados, y 1.1 millones tenían un 99% de probabilidades.
"Aproximadamente la mitad de todas las estrellas similares al Sol son binarias, muchas de ellas demasiado cercanas para distinguirlas, pero encontramos que algo así como el 25% de todas las estrellas similares al Sol tienen un compañero binario en separaciones de más de 30 AU, aproximadamente la distanciaa Plutón ", dijo." La distribución alcanza su punto máximo en una separación de 30 o 50 UA ".
Algunos pares están separados hasta por un parsec - 260,000 AU, o 3.26 años luz - aunque la mayoría están dentro de 1,000 AU entre sí.
Una conclusión, dijo, es que el nuevo análisis confirma algo insinuado en los datos de 2018: muchos pares de estrellas binarias son muy similares en masa.
"Una cosa que ya encontramos que es genial - descubrimos esto con Gaia DR2, pero ahora podemos estudiarlo mejor con esta muestra - es que a los binarios les gusta ser gemelos idénticos", dijo. "Eso es realmente extraño, porque la mayoría de estos están separados por cientos o miles de AU, por lo que están tan separados que, según las teorías convencionales de formación de estrellas, sus masas deberían ser aleatorias. Pero los datos cuentan una historia diferente: saben algo sobre las masas de sus compañeros. "
La implicación, dijo, es que se formaron mucho más juntos en un proceso que tendía a igualar sus masas y luego se separaron, tal vez debido a interacciones con otras estrellas cercanas.
La compilación de estrellas binarias también le permitió a El-Badry verificar las incertidumbres reportadas en las mediciones de Gaia de las posiciones estelares, lo que puede ayudar a otros investigadores que usan los datos.
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