Pareja extraña de estrellas a 250 años-luz de distancia

La mayoría de las estrellas cercanas al Sol tienen una composición similar, pero existe una clase inusual de estrellas llamadas subenanas que tienen una notable escasez de elementos químicos más pesados que el hidrógeno y el helio, como por ejemplo carbono y hierro. Los ejemplos de menor temperatura de estas estrellas, que incluyen estrellas de baja masa y enanas marrones, se llaman subenanas ultrafrías. Las subenanas ultrafrías son difíciles de caracterizar. Además de ser de brillo débil y enfriarse bastante deprisa con el tiempo, sus edades no se pueden medir directamente.

Un equipo internacional liderado por Zenghua Zhang de la Universidad de Nankín en China encontró recientemente, a unos 250 años luz del Sol, la primera subenana ultrafría con un referente de edad, VVV1256-62B, con una edad de aproximadamente 10.500 millones de años. MariCruz Gálvez Ortiz, del departamento de Astrofísica del Centro de Astrobiología (CAB), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), en España estas tres entidades, es coautora del estudio.

VVV1256-62B se formó en un sistema binario con mucha separación entre sus integrantes. Su compañera es una enana blanca, llamada VVV1256-62A. La distancia entre ambos miembros de la pareja es de aproximadamente 1.400 unidades astronómicas (ua). La distancia entre la Tierra y el Sol es de 1 ua, que equivale a 150 millones de kilómetros. Los miembros de la pareja orbitan entre sí con un período de unos 60.000 años. Ver su movimiento orbital en un plazo razonable es inviable. En vez de eso, la identificación de que son astros compañeros se ha hecho porque se mueven conjuntamente en imágenes observadas en diferentes años con el telescopio VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy).

VVV1256-62B fue inicialmente identificada como una subenana ultrafría debido a su alta velocidad angular en el Catálogo Astrométrico Infrarrojo de Variables VISTA en la Vía Láctea (VIRAC; Smith et al. 2018). Posteriormente, fue confirmada como una subenana L3 (la secuencia de tipos espectrales para estrellas y enanas marrones es: OBAFGKMLTY) por Zhang et al. (2019) basado en espectroscopía óptica y de infrarrojo cercano obtenida con el VLT (Very Large Telescope) del Observatorio Europeo Austral (ESO). VVV1256-62A no fue detectada por VIRAC porque es demasiado tenue y se encuentra en un campo abarrotado del plano galáctico. Afortunadamente, tanto VVV1256-62A como B fueron lo suficientemente brillantes como para ser detectadas e incluidas en la tercera publicación de datos del observatorio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA). En estos datos, el equipo pudo ver claramente que estos dos objetos se mueven juntos a la misma distancia, formando un sistema binario con componentes muy separadas.

Actualmente, VVV1256-62AB está pasando por el vecindario solar y se está alejando del centro galáctico a una velocidad de 406 km/s. La velocidad radial del sistema medida desde VVV1256-62B es aproximadamente diez veces menor que su velocidad total.

"Esto se debe a que la dirección actual de la binaria es casi perpendicular a la línea de visión", explicó MariCruz Gálvez-Ortiz del CAB. La velocidad angular del sistema es muy alta para objetos fuera de nuestro sistema solar. La misión Gaia ha medido distancias y velocidades angulares de millones de estrellas, y solo tres tienen una mayor distancia y velocidad angular más alta que VVV1256-62AB. La binaria tiene una separación angular de 18 arcsec, que es menor que la resolución del ojo humano (40-60 arcsec). Tienen que pasar otros 16 años para que la enana blanca rezagada alcance la posición actual de su compañera.

"La velocidad de la binaria es muy alta, pero no lo suficiente como para escapar de la Vía Láctea. Así que podemos restringir su órbita galáctica basada en su posición actual, distancia, velocidades angulares y radiales", explica Roberto Raddi de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), coautor del estudio. La binaria tiene una órbita muy excéntrica a lo largo del plano galáctico, pasando tan cerca como a 3.000 años-luz del centro galáctico cada 400 millones de años (nuestro Sol está a unos 26.700 años-luz del centro galáctico). Dado que la binaria tiene una velocidad tan alta, también se aleja hasta 100.000 años luz del centro galáctico en su punto más lejano.

El origen de una órbita tan excéntrica aún no se ha aclarado, pero podría estar relacionado con la existencia de un halo interno in situ o con una fusión pasada de la Vía Láctea con una galaxia satélite.

Recreación artística de VVV1256-62AB. La imagen de fondo es una sección de una panorámica de la Vía Láctea captada por Gaia. (Crédito: ESA / Gaia / DPAC. CC BY-SA 3.0 IGO) La enana blanca fría VVV1256-62A (izquierda) tiene un color naranja claro. La subenana ultrafría VVV1256-62B (derecha) es mucho más fría pero también mucho más grande que su compañera enana blanca. El patrón de superficie de la subenana ultrafría se basa en simulaciones hidrodinámicas en 3D de atmósferas de enanas ultrafrías (Bernd Freytag). Hay que tener en cuenta que VVV1256-62B probablemente posee una atmósfera más transparente que la de otras enanas ultrafrías, ya que es más pobre en elementos pesados. (Crédito: Jiaxin Zhong / Zenghua Zhang)

Se ha podido obtener un espectro óptico de VVV1256-62A, observado con el telescopio Gemini Sur, operado por el NOIRLab de la NSF (Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos). "El espectro aparece sin características, porque la enana blanca es demasiado fría para tener líneas de Balmer detectables", explica Sarah Casewell de la Universidad de Leicester en el Reino Unido, coautora del estudio. VVV1256-62A tiene una temperatura de algo menos de 4.200 grados centígrados, bastante inferior a la de nuestro Sol (5.500 grados centígrados) y debería tener un color naranja claro en luz visible, no blanco o azul como la mayoría de las enanas blancas.

"Generalmente aceptamos que las subenanas ultrafrías tienen edades de entre 8.000 millones de años y 14.000 millones, como otras estrellas en el halo galáctico. Pero esa suposición nunca ha sido confirmada observacionalmente”, explica Zhang. VVV1256-62AB nos brinda la primera oportunidad de determinar la edad de una subenana ultrafría a partir de su compañera enana blanca, ya que las enanas blancas están bien modeladas y podemos tener restricciones precisas de edad de ellas. El equipo determinó que VVV1256-62A tiene una edad total de 10.500 millones de años. "La edad de la enana blanca está compuesta por la vida útil en la secuencia principal (dos mil millones de años) de su estrella progenitora (1,9 masas solares), y el tiempo de enfriamiento de la enana blanca (8.500 millones de años)", explicó Raddi.

VVV1256-62B tiene una temperatura aproximada de entre 1.900 grados centígrados y 2.000, y una metalicidad subsolar. El equipo infirió que la abundancia química de VVV1256-62B es solo el 15% de una estrella promedio cercana. Así, VVV1256-62B tiene una atmósfera más transparente que la de las enanas ultrafrías. VVV1256-62A es siete veces más masiva pero siete veces más pequeña que VVV1256-62B. Por lo tanto, la enana blanca es mucho más densa y tiene una gravedad superficial mucho mayor (74.000 g, donde 1 g es la gravedad superficial de la Tierra) que la subenana ultrafría (270 g).

"VVV1256-62B es el primer objeto de referencia de edad de una enana L con metalicidades subsolares, y es una fuente muy importante para caracterizar otras subenanas ultrafrías y para calibrar modelos atmosféricos", explica Adam Burgasser de la Universidad de California en San Diego, coautor del estudio. "Esperamos poder observar este objeto con el Telescopio Espacial James Webb (JWST) en un programa aprobado próximo", agregó el Burgasser.

La misión Gaia mide estrellas en luz óptica, y probablemente solo tiene a su alcance observacional algunas decenas de subenanas L, ya que estos objetos son muy débiles en luz óptica y emiten la mayor parte de su luz en el infrarrojo cercano. "Un nuevo observatorio espacial de astrometría que funcione en el infrarrojo cercano, como la propuesta misión GaiaNIR, podría observar muchas más subenanas ultrafrías", explica Richard Smart del Observatorio Astronómico de Turín en Italia, coautor del estudio.

Esta binaria fue identificada durante un curso de investigación para estudiantes junior en la Universidad de Nankín. Zhang comenta: "Estaba dando una instrucción a tres estudiantes de pregrado sobre cómo encontrar binarias amplias con el Catálogo de Estrellas Cercanas de Gaia. Como demostración, de manera impulsiva, decidí buscar binarias separadas de enanas blancas + enanas ultrafrías con criterios muy estrictos, y encontré 5 pares. VVV1256-62B era un compañero en la lista, lo cual me sorprendió, ya que había escrito un artículo sobre este objeto en 2019 y sabía que era una subenana L con una órbita galáctica muy especial". (Fuente: CAB)