Trazando las órbitas de estrellas jóvenes con interferometría

Normalmente se piensa en las estrellas como objetos aislados, pero la mayoría de ellas se forman en sistemas múltiples. Esto facilita su investigación, ya que siguiendo sus movimientos relativos los astrónomos pueden averiguar características muy importantes de cada una de ellas, como sus masas. Lamentablemente, estudiar estos movimientos es muy complicado, ya que si los objetos están demasiado lejos unos de otros, serán demasiado lentos para seguirlos. Pero si pasa lo contrario, puede ser imposible distinguir la luz que proviene de cada objeto individual, obteniendo una imagen borrosa del sistema.

Afortunadamente los avances tecnológicos que se incorporan a la instrumentación astronómica disminuyen estas limitaciones. En una reciente investigación liderada por Sebastián Zúñiga-Fernández, estudiante de doctorado del Núcleo Milenio de Formación Planetaria, se logró separar por primera vez la luz de cada componente de HD98800, un sistema cuádruple formado por dos estrellas similares muy cercanas entre sí, orbitando otro par de estrellas semejantes.

Para lograrlo, los investigadores utilizaron el instrumento PIONIER que combina la luz de los telescopios del VLTI (Very Large Telescope Interferometer) del Observatorio Europeo Austral (ESO), en Chile. En este caso, los telescopios utilizados son los denominados “Auxiliary Telescope” (AT), que fueron mejorados recientemente al incorporarles un sistema de óptica adaptativa que permite contrarrestar el efecto de la atmósfera en las observaciones.  Gracias a esto, se pudieron distinguir las componentes individuales de cada par de estrellas (uno de ellos por primera vez) y seguir el movimiento de las cuatro en diferentes franjas de tiempo.

En esta investigación, publicada en la revista científica Astronomy & Astrophysics, también participó Johan Olofsson, investigador asociado del NPF, Amelia Bayo, directora del centro, y María Paula Ronco, investigadora postdoctoral. 

Esta investigación es un gran paso para poder caracterizar completamente este sistema cuádruple. En este tipo de sistemas, los cuatro objetos pueden estar relacionados mediante distintas configuraciones. Por ejemplo, en este caso, explican los científicos, hay un par de objetos muy cercanos entre sí -denominado subsistema A y compuesto por los objetos Aa y Ab-, y, a una distancia mayor, otro par de objetos cercanos entre sí -subsistema B, con los objetos individuales Ba y Ba-. Entonces, se tiene una configuración jerárquica A(AaAb) + B (BaBb), aunque también podrían darse otras combinaciones (si quieres saber más de por qué un subsistema tiene disco y el otro no, te sugerimos leer esta nota de prensa).

Se piensa que la formación de sistemas múltiples se debe a una combinación de mecanismos fundamentales de formación estelar e interacción entre sus componentes, a lo largo de sus primeros millones de años de vida. Los nuevos resultados obtenidos por los investigadores permiten tener mayor información sobre cómo se formó HD98800 y sobre futuros eventos interesantes. “Conocer los movimientos relativos del sistema con gran precisión, nos permite predecir fenómenos en escalas de tiempo intermedias como cuando el subsistema BaBb -en el que ambas estrellas están rodeadas por un disco protoplanetario un tanto peculiar- transitará frente al subsistema AaAb y nos permitirá estudiar este disco con una perfecta luz de estudio natural”, explica Zúñiga-Fernández, quien cursa su doctorado en la Universidad de Valparaíso y también es estudiante de la ESO.

Determinar los parámetros que describen la órbita de un sistema binario, como los que componen este sistema cuádruple, además de darnos pistas sobre cómo se forman estos sistemas, permite calcular de manera empírica las masas de sus componentes (masas dinámicas) y la distancia al sistema. La masa es un parámetro estelar fundamental de gran importancia para probar o mejorar modelos de evolución estelar. En este trabajo, se actualizaron estos valores para el sistema BaBb y se obtuvieron, por primera vez, las masas de los componentes del sistema AaAb.

Para resolver la posición relativa de los componentes de ambos subsistemas fue primordial la alta resolución del VLTI, el que combina cuatro telescopios para alcanzar una resolución equivalente a un telescopio de aproximadamente 100 metros de diámetro.

“La observación con el VLTI abre la posibilidad de dar un gran paso hacia la estimación de todos los parámetros que describen la órbita de los subsistemas que lo componen, es decir, las dos binaries “internas” (AaAa y BaBb), y la órbita exterior (AB). El mecanismo de formación del sistema jerárquico 2+2 (es decir, pares de estrellas binarias) sigue siendo una cuestión abierta, y los parámetros orbitales de este sistema jerárquico pueden informarnos sobre su historia de formación”, indica Zúñiga-Fernández.

El científico agrega que una de las estrellas binarias del sistema HD98800 alberga un disco protoplanetario en configuración polar, es decir, perpendicular al plano orbital de la binaria anfitriona, por lo que una mejor caracterización orbital de este sistema permite predecir y preparar el próximo tránsito detrás del disco, como se sugirió en un estudio anterior del sistema por Grant Kennedy. 

“Hemos realizado simulaciones para predecir cuándo tendrá lugar este evento, y debería empezar en 2026 o 2027. Pero todavía hay algunas incertidumbres sobre la fecha exacta, así que con nuestros colaboradores pronto empezaremos a observar el sistema con mucha frecuencia”, indica Johan Olofsson, segundo autor de la publicación.

Trabajo a futuro

Aún hay trabajo por hacer respecto a este sistema cuádruple. 

Para reducir posibles sesgos en la estimación de los parámetros orbitales, los científicos necesitan recolectar nuevas mediciones de velocidad radial de ambos sistemas. “Para esto postularemos a observaciones de espectroscopia de alta resolución. Una parte de nuestra campaña de observación con PIONIER quedó pendiente por la pandemia y podría ser observada en marzo del próximo año, y esta nueva observación del subsistema BaBb en conjunto con las observaciones de espectroscopia podría ser el siguiente paso para poder finalmente caracterizar completamente ambos sistemas binarios. Estimamos el tránsito del disco frente a AaAb cercano al 2026, por lo que ya estamos comenzando a planificar las observaciones que nos permitan aprender lo más posible de este evento”, concluye Zúñiga-Fernández.

Publicación científica

Créditos: Carol Rojas, Núcleo de Formación Planetaria (NPF)