Una campanya integral de Gaia revela secrets d’una parella d’estrelles

L'Observatori Astronòmic del Montsec (OAdM), sota la coordinació d'investigadors de l'IEEC, va proporcionar el 9 % de les observacions.

La brillantor d'una estrella situada a la constel·lació de Cygnus (El Cigne) va ser vist per primera vegada a l'agost de 2016 pel programa d'Alertes de Ciència fotomètrica de Gaia. Aquest sistema, mantingut per l'Institut d'Astronomia de la Universitat de Cambridge (Regne Unit), escaneja diàriament l'enorme quantitat de dades procedents de Gaia i alerta als astrònoms de l'aparició de noves fonts o de inusuals variacions de brillantor a les fonts ja conegudes, a fi que altres telescopis terrestres i espacials puguin apuntar ràpidament cap a elles per estudiar-les en detall. Els fenòmens poden incloure explosions de supernoves i altres esclats estel·lars.

En aquest cas particular, les observacions de seguiment realitzades amb més de 50 telescopis a tot el món van revelar que la font —des de llavors anomenada Gaia16aye— es comportava d'una manera força estranya. La parella consisteix en dues estrelles bastant petites, de 0,57 i 0,36 vegades la massa del nostre Sol, respectivament. Separades per aproximadament el doble de la distància Terra-Sol, les estrelles orbiten al voltant del seu centre de massa mutu en menys de tres anys.

«Vam veure que l'estrella es feia cada vegada més brillant i després, en un dia, la seva brillantor va disminuir sobtadament», diu Lukasz Wyrzykowski de l'Observatori Astronòmic de la Universitat de Varsòvia, un dels científics darrere del programa d'Alerta de Ciència fotomètrica de Gaia. «Era un comportament molt inusual. Gairebé cap tipus de supernova o una altra estrella fa això».

Lukasz i els seus col·laboradors aviat es van adonar que aquesta brillantor era causada pel microlensat gravitacional, un efecte predit per la teoria de la relativitat general d'Einstein, causat per la curvatura d'objectes espai-temporals molt massius, com estrelles o forats negres.

Quan un objecte tan massiu, que pot ser massa feble per a ser observat des de la Terra, passa per davant d'una altra font de llum més distant, la seva gravetat doblega el teixit de l'espai temps en el seu veïnatge. Això distorsiona la trajectòria dels raigs de llum que provenen de la font de fons, comportant-se essencialment com una lupa gegant. Gaia16aye és el segon esdeveniment de micro-lent detectat per l'inspector estel·lar de l'ESA. No obstant això, els astrònoms van notar que es comportava de forma estranya fins i tot per a aquest tipus d'esdeveniments.

«Si tens una sola lent, causada per un sol objecte, hi hauria només un petit i constant augment de la brillantor i després hi hauria un suau descens quan la lent passa per davant de la font distant i després s'allunya», diu Lukasz. «En aquest cas, no només la brillantor de l'estrella va disminuir bruscament en lloc de suaument, sinó que després d'un parell de setmanes va tornar a brillar, la qual cosa és molt inusual. Durant els 500 dies d'observació, l'hem vist il·luminar-se i disminuir cinc vegades».

Aquesta sobtada i aguda caiguda en la brillantor va suggerir que la lent gravitacional que causa la brillantor ha de consistir en un sistema binari: una parella d'estrelles, o altres objectes celestials, units entre si per la gravetat mútua. Els camps gravitatoris combinats dels dos objectes produeixen una lent amb una xarxa bastant intricada de regions de gran augment. Quan una font de fons passa a través de tals regions al mapa del cel, s'il·lumina, i després s'atenua immediatament en sortir-ne. A partir del patró dels subsegüents augments i atenuacions, els astrònoms van poder deduir que el sistema binari estava girant a un ritme bastant ràpid.

El llarg període d'observacions, que va durar fins a finals de 2017, i l'àmplia participació de telescopis terrestres de tot el món va permetre als astrònoms reunir una gran quantitat de dades, gairebé 25 000 punts de dades individuals. A més, l'equip també va fer ús de dotzenes d'observacions d'aquesta estrella recollides per Gaia mentre seguia escodrinyant el cel al llarg dels mesos. Aquestes dades han estat sotmeses a un calibratge preliminar i s'han fet públiques com a part dell programa d'Alertes Científiques de Gaia.

Josep Manel Carrasco, investigador de l'Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a l'Institut de Ciències del Cosmos (ICC-UB), coordina des de 2005 la participació de l'Observatori Astronòmic del Montsec (OAdM) al programa d'Alertes Científiques de Gaia. El grup ha contribuït amb fins a 2000 observacions, obtingudes amb el Telescopi Joan Oró (TJO). Això representa el 9 % del total d'observacions fotomètriques de Gaia16aye, que es van obtenir a través de més de 50 observatoris. «La detecció de sistemes binaris mitjançant microlents —com Gaia16aye— permet mesurar la massa i els paràmetres orbitals d'aquests sistemes binaris», explica Carrasco. «El mateix mètode que utilitzem a Gaia16aye podria aplicar-se en el futur per buscar nous sistemes múltiples, independentment de la seva massa, de manera que podria conduir a nous descobriments de cossos de molt baixa massa com planetes, o objectes de molt alta massa com forats negres, que actualment són invisibles per als telescopis òptics ».

«Si no fos per Gaia escodrinyant tot el cel i enviant les alertes immediatament, mai haguéssim sabut d'aquest esdeveniment de microlensat», diu el coautor Simon Hodgkin de la Universitat de Cambridge, que dirigeix ​​el programa d'Alertes Científiques de Gaia. «Potser ho hauríem trobat més tard, però llavors podria haver estat massa tard».

Enllaços

– IEEC
– Observatori Astronòmic del Montsec (OAdM)
– Gaia
 
Més informació

Aquesta recerca es presenta en un article titulat «Full Orbital Solution for the Binary System in the Northern Galactic Disk Microlensing Event Gaia16aye» de L. Wyrzykowski et al., que es publica a la revista Astronomy and Astrophysics el 21 de gener de 2020.

Aquesta nota de premsa es basa en el comunicat de premsa original de l’ESA Global Gaia campaign reveals secrets of stellar pair.

L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) promou i coordina la recerca i el desenvolupament tecnològic espacial a Catalunya en benefici de la societat. L’IEEC fomenta les col·laboracions tant a nivell local com mundial, i és un eficient agent de transferència de coneixement, innovació i tecnologia.  Com a resultat de més de 20 anys de recerca d’alta qualitat, duta a terme en col·laboració amb les principals organitzacions internacionals, l’IEEC es troba entre els millors centres d’investigació internacionals centrats en àrees com: l’astrofísica, la cosmologia, les ciències planetàries i l’observació de la Terra. La divisió d’enginyeria de l’IEEC desenvolupa instrumentació per a projectes terrestres i espacials, i té una àmplia experiència treballant amb organitzacions privades i públiques del sector aeroespacial així com altres sectors d’innovació. 
  
L’IEEC és una fundació privada sense ànim de lucre regida per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya i unes altres quatre institucions amb una unitat científica cadascuna, que en conjunt constitueixen el nucli de l’activitat d’I+D de l’IEEC: la Universitat de Barcelona (UB) amb la unitat científica ICCUB – Institut de Ciències del Cosmos; la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) amb la unitat científica CERES – Centre d’Estudis i Recerca Espacials; la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) amb la unitat científica CTE – Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai; i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) amb la unitat científica ICE – Institut de Ciències de l’Espai. L’IEEC està integrat en la xarxa CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).

Imatge

PR_Image1: Gaia16aye
Peu d’imatge: Recreació artística de la parella estel·lar Gaia16aye.
Crèdit: ESA

Vídeo

PR_Video: Adentrant-nos en Gaia16aye
Crèdit: ESA

Contactes

Oficina de Comunicació de l’IEEC
Barcelona, Espanya
Rosa Rodríguez Gasén
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat 

Autor Principal a l’IEEC
Institut de Ciències del Cosmos (ICC-UB)
Barcelona, Espanya
Josep Manel Carrasco Martínez
Investigador
Correu electrònic: carrasco@icc.ub.edu