Discovery of a new type of pulsating star in a eclipsing binary system
– El descobriment i l’estudi de pulsacions no-radials a la pre-nana blanca, per mitjà de la asterosismologia, obren la porta per comprendre aquest tipus d’estrelles amb molt més detall.
Barcelona 27.06.2013
Un estudi liderat pel Dr. Pierre Maxted, de la Keele University i el Dr. Aldo Serenelli, investigador de l’Institut de Ciències de l’Espai (CSIC-IEEC), ubicat al campus de la UAB, ha aconseguit observar, per primera vegada, pulsacions no-radials a l’estrella progenitora d’una nana blanca de massa baixa. Gràcies a l’estudi de les seves pulsacions i aprofitant que pertany a un sistema binari eclipsant, s’han pogut determinar les característiques evolutives del sistema. Els resultats d’aquest descobriment ha estat publicats a la prestigiosa revista Nature.
Una nana blanca és una estrella que es troba en la fase final de la seva vida. La majoria de les nanes blanques a l’Univers no tenen una font d’energia nuclear i, per tant, emeten radiació només a costa de la calor emmagatzemada al seu interior. A més, generalment presenten una fina capa d’hidrogen a la seva superfície. Aquestes característiques permeten calcular fàcilment la seva edat en funció de la seva lluminositat, convertint-les en cronòmetres precisos.
No obstant, això sembla no complir-se pel sistema binari en qüestió. El sistema J0247-25 va ser descobert per la xarxa de telescopis SuperWASP, situats a l’observatori Roque de los Muchachos a La Palma, Canàries i al South African Astronomical Observatory, a Sud-àfrica. Les observacions van confirmar que el sistema està compost pel nucli d’una estrella gegant vermella, en procés de convertir-se en una nana blanca de massa baixa, i una estrella semblant al Sol, de la seqüència principal, orientades de tal manera que, des de la Terra, es pot observar com les estrelles s’eclipsen entre si.
Degut a que el sistema és eclipsant, els científics van utilitzar el telescopi New Techonology Telescope (NTT) de l’Observatori Austral Europeu (ESO) i l’UVES del VLT per determinar, amb precisió molt alta, la lluminositat, el radi i la massa de les dues estrelles. Comparant les dades observacionals amb models teòrics d’evolució estel·lar en sistemes binaris, van descobrir que la precursora de la nana blanca no només polsava de forma radial, com un globus que s’infla i desinfla, sinó que també presentava pulsacions no radials, característiques que no s’havien vist mai simultàniament en aquest tipus d’estrelles. Les pulsacions no-radials, permeten descobrir característiques de l’interior de l’estrella, proporcionant informació sobre la seva estructura, així com detalls sobre la seva evolució.
El Dr. Aldo Serenelli, expert en evolució estel·lar, va dur a terme el desenvolupament de models teòrics de l’evolució d’aquest sistema. L’anàlisi de les pulsacions de la pre-nana i la comparació amb els models teòrics va permetre determinar que, segons les pulsacions de l’estrella, la capa exterior d’hidrogen de la nana blanca en formació és molt més gruixuda que en la majoria de les nanes. El gruix d’aquesta capa permet que, en el cas de J0247-25, hagi temperatures elevades a la base de la mateixa (al voltant de 107K) que causen reaccions nuclears de fusió d’hidrogen. Aquesta font addicional d’energia té com a conseqüència un refredament molt més lent de la nana blanca que si l’única font disponible d’energia fos la seva calor interna.
“Les nanes blanques de baixa massa es formen en sistemes binaris, mitjançant episodis de transferència de massa a la seva companya. El descobriment d’aquesta nova classe polsant d’estrelles, en un estadi evolutiu immediatament posterior a la finalització de la fase de transferència de massa, permetrà determinar l’estructura interna d’aquests objectes, reconstruint la seva evolució durant el procés de formació. És important destacar que l’evolució de sistemes binaris interactuants és, des del punt de vista teòric, molt poc coneguda i, en aquest context, l’estudi d’estrelles de la mateixa classe que J0247-25 permetran una millor comprensió d’aquests sistemes estel·lars. A més, la determinació de l’estructura interna d’aquestes nanes blanques servirà per desenvolupar models més precisos de la seva evolució, en particular de les corbes de refredament, la qual cosa farà possible utilitzar-les com a rellotges de precisió en altres camps de l’astrofísica com la determinació d’edats de púlsars de mil·lisegons. ”
Per tant, el descobriment d’aquesta nova classe d’estrelles polsants en sistemes binaris obre una nova finestra cap a l’estudi de les nanes blanques de massa baixa. Descobrir pulsacions a l’estrella pre-nana en un sistema binari ha demostrat que el camp d’aplicació de la asterosismologia és immens, reafirmant el seu potencial com a eina fonamental per a comprendre l’estructura i evolució estel·lar i, en particular, també la formació d’aquest tipus d’estrelles i els seus entorns. Aquest treball marca només el començament dels estudis en aquest tipus de sistemes. Els autors disposen, actualment, amb una vintena de sistemes eclipsants similars J0247-25. Futures observacions revelaran si presenten també pulsacions no radials que determinin la seva estructura interna amb un alt grau de precisió.
Asterosismologia
La asterosismologia es basa en estudiar l’estructura interna de les estrelles mitjançant la interpretació de les seves freqüències naturals d’oscil·lació. Les oscil·lacions dins d’una estrella es produeixen en una multitud de modes, cadascun amb un freqüència particular, i proporcionen informació de l’interior estel·lar, ja que cada mode dóna informació sobre diferents profunditats de l’estrella. De la mateixa manera que els sismòlegs estudien l’interior de la Terra per mitjà d’ones sísmiques, la asterosismologia permet reconstruir l’estructura interna de les estrelles.
En el cas del Sol, l’estrella més ben estudiada, la asterosismologia (heliosismología) ha permès determinar quantitats tan importants com la densitat, la pressió, la velocitat del so en el seu interior i la rotació interna amb una precisió d’una part per mil. Gràcies a la heliosismología l’interior solar és conegut amb moltíssima més precisió que l’interior terrestre.
Referència: Pierre F. L. Maxted, Aldo M. Serenelli, Andrea Miglio, Thomas R. Marsh, Ulrich Heber, Vikram S. Dhillon, Stuart Littlefair, Chris Copperwheat, Barry Smalley, Elmé Breedt & Veronika Schaffenroth, Multi-periodic pulsations of a Stripped red-giant star in an eclipsing binary system, doi:10.1038/nature12192, 2013
Enllaços d’interés
– Pàgina web de la Universitat de Keele sobre el sistema J0247-25: http://www.astro.keele.ac.uk/~pflm/J0247/
– Pàgina web de la ULTRACAM (NTT-ESO): http://www.vikdhillon.staff.shef.ac.uk/ultracam
Imatges
figure_image-hires_binary_system
Figura: Representació artística del sistema binari eclipsant polsant. La nana blanca és l’estrella que es troba davant de l’estrella de seqüència principal. Crèdit: Keele University
Informació de Contacte
Aldo Serenelli
Email: aldos@ice.cat
Tel: 93 581 4366
Departament de Comunicació Científica
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Alina Hirschmann
Email: alina@ieec.cat [NOT TRANSLATED]