Un colorido collage de pares de estrellas binarias cerca de la Tierra, cortesía de la encuesta de Gaia. Crédito: ESA/Gaia/DPAC

Los últimos datos de estrellas del observatorio espacial Gaia han permitido por primera vez a los astrónomos generar un atlas tridimensional masivo de estrellas binarias muy separadas a unos 3.000 años luz de la Tierra, 1,3 millones de ellas.

El atlas único en su tipo, creado por Kareem El-Badry, un Ph.D. en astrofísica. estudiante de la Universidad de California, Berkeley, debería ser una bendición para quienes estudian las estrellas binarias, que constituyen al menos la mitad de todas las estrellas similares al sol, y las enanas blancas, los exoplanetas y la 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, solo tenemos 17.000 enanas blancas. Este es un 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 constan de dos enanas blancas y 16.000 binarios que constan de una enana blanca y 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? ¿Cómo se distribuyen sus separaciones o excentricidades?

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 de 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 su gemelo de secuencia principal, o de cualquier planeta alrededor de las estrellas.

"Para una enana blanca, en general, es fácil saber cuántos años tiene, no sólo desde que se convirtió en enana blanca, sino cuál es su edad total", dijo. "También puede medir sus 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, resultó tener unos 4 mil millones de años, según la edad de la enana blanca.

Cuando las estrellas se trazan de acuerdo con su color y brillo, caen a lo largo de una línea llamada secuencia principal, donde pasan la mayor parte de sus vidas, evolucionando a gigantes rojas y luego enanas blancas solo al final de sus vidas. El estudio anterior de estrellas binarias cercanas encontró varios cientos, mientras que el atlas más nuevo contiene 1,3 millones de pares, lo que permite a los astrónomos comprender mejor la evolución de las estrellas binarias y las estrellas en general. Crédito: Kareem El-Badry, UC Berkeley

"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 al planeta".

El nuevo catálogo de estrellas binarias cercanas ha sido aceptado para su publicación en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

El-Badry también colaboró ​​con Jackie Faherty, científica y educadora del Museo Estadounidense de Historia Natural en la ciudad de Nueva York, para crear un video de todos los millones de estrellas binarias alrededor de la Tierra, lo que representa una buena parte de la totalidad de Milky. Way Galaxy.

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 juntas en el cielo. Esto puede ser complicado, porque las estrellas que se ven muy cerca de la Tierra podrían estar a cientos o miles de años luz unas de otras, simplemente ubicadas en la misma línea de sitio.

Descartar una alineación aleatoria requiere mucho tiempo de observación para confirmar que los dos candidatos se encuentran realmente a la misma distancia y se mueven juntos. Debido al movimiento de la Tierra alrededor del sol, las estrellas cercanas parecen cambiar de posición en el cielo, y ese paralaje se puede usar 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, 24 horas al día, 7 días a la semana, desde su órbita en el punto Tierra-Sol de Lagrange. Sin embargo, la exploración del telescopio espacial es más útil para las estrellas que se encuentran a unos 3.000 años luz de la Tierra, porque más allá de eso, el paralaje suele ser demasiado pequeño para medirlo.

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 Tyler Heintz. estudiante de posgrado en 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. Básicamente, la técnica proyecta el movimiento de cada estrella a lo largo de miles de años, basándose en su movimiento actual actual, y extrae las estrellas que se mueven en la misma dirección. Si también resultan estar a la misma distancia según el paralaje, probablemente estén unidos entre sí, dijo.


El área a la izquierda del centro brillante de esta interpretación artística de la Vía Láctea es la región alrededor de la Tierra (3.000 años luz de radio) en la que los astrónomos de UC Berkeley descubrieron más de 1 millón de estrellas binarias. (Imagen de Kareem El-Badry/UC Berkeley y Jackie Faherity/AMNH)

Él y sus colegas se enfocan principalmente en binarios anchos, aquellos separados por una distancia de 10 UA (unidades astronómicas) o más, es decir, 10 o más veces la distancia entre la Tierra y el SPara conocer por primera vez los datos más recientes de Gaia, El-Badry se levantó a las 3 a.m.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 preprogramadas sobre los datos para extraer la información del catálogo que necesitaba para crear el mapa en 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 porque estuvieran emparejado. Él estima que casi 1,3 millones de pares tenían al menos un 90% de posibilidades de estar ligados, y 1,1 millones tenían un 99% de posibilidades.

"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 UA, aproximadamente la distancia a Plutón" dijo. "La distribución alcanza su punto máximo con una separación de 30 o 50 UA".

Algunos pares están separados hasta por un parsec (260.000 UA, o 3,26 años luz), aunque la mayoría se encuentran a menos de 1.000 UA 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, lo descubrimos 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 estelar, 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 juntas en un proceso que tendió a igualar sus masas y luego se separaron, quizás debido a interacciones con otras estrellas cercanas.

La compilación de estrellas binarias también permitió a El-Badry verificar las incertidumbres reportadas en las mediciones de posiciones estelares de Gaia, lo que puede ayudar a otros investigadores que usan los datos.ol. Las estrellas más cercanas que eso suelen aparecer como un punto de luz y requieren otras técnicas espectroscópicas para distinguir si son verdaderas binarias.

Más información: Kareem El-Badry et al, A million binaries from Gaia eDR3: sample selection and validation of Gaia parallax uncertainties, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2021). DOI: 10.1093/mnras/stab323