Binarias y supernovas Ia

Se dice muchas veces que nuestro Sol es una estrella extraña porque es solitaria, cuando lo normal es que las estrellas se encuentren ligadas gravitacionalmente unas a otras, bien en grupos grandes, como cúmulos, o bien en grupos más pequeños, como asociaciones. Hoy vamos a hablar de un caso especial de asociación estelar que se da cuando dos estrellas son muy próximas entre sí: las estrellas binarias.

Las estrellas binarias son dos estrellas girando en torno al centro de masas del sistema

En estos sistemas encontramos dos estrellas (aunque lo que vamos a explicar aquí también puede aplicarse a estrellas triples o cuádruples) que se orbitan mutuamente alrededor del centro de masas. El centro de masas es el punto de equilibrio entre ambas, que está más cercano a la estrella de mayor masa. Ambas estrellas no tienen por qué ser iguales, es decir, aunque tengan un origen común, no tienen por qué tener la misma masa, lo que implica que no tienen que estar en la misma etapa de su proceso evolutivo.

¿Por qué es interesante estudiarlas? Pues porque, debido a su cercanía, la actividad de una puede influir en el estado de la otra y viceversa.


Ambas estrellas evolucionan como un todo, creando objetos que de otra forma serían imposibles


Alrededor de ambas estrellas se forman superficies equipotenciales, que son áreas que se encuentran al mismo potencial gravitatorio, es decir, que tienen la misma gravedad. Es en estas superficies donde se definen los puntos de Lagrange o puntos de libración. Estos puntos son lugares donde un objeto pequeño puede estar en reposo respecto a ambas estrellas, es decir, giran de forma síncrona con ellas. Todos los sistemas orbitantes tienen estos puntos de libración, de hecho, ponemos satélites en los puntos de Lagrange del sistema Tierra-Luna. En concreto, de estos puntos nos interesa el punto L1, que se encuentra entre ambos cuerpos. Este punto define los llamados lóbulos de Roche, que podemos entender como el espacio vital cada estrella, dentro del cual la estrella puede crecer. Lo interesante del L1 es que pone en contacto ambos espacios vitales, ambos lóbulos de Roche, por lo que, a través de L1, puede transferirse materia de una a otra.

Esquema de las superficies equipotenciales, lóbulos de Roche y L1

Puede traspasarse materia de una estrella a otra a través del punto L1


En función de la ocupación de su lóbulo de Roche, las estrellas binarias pueden clasificarse en: distantes, si ninguna ha llenado su lóbulo de Roche; semidistantes, si una de ellas lo ha llenado y la otra no; y de contacto, si ambas han llenado el lóbulo de Roche.

Puede ocurrir que la estrella más masiva ya haya evolucionado hasta la fase de enana blanca, un remanente que queda cuando una estrella de menos de cuatro veces la masa del Sol muere. En este objeto el gas se encuentra en estado degenerado, es decir, no se expandirá si aumenta su temperatura. Por otro lado, la compañera puede que se encuentre aún moribunda en fase de gigante y, por tanto, habrá llenado todo su lóbulo de Roche. En este caso, la pequeña pero densa enana blanca comenzará a robar material a su compañera a través de L1, lo que reactivará las reacciones termonucleares. La enana blanca ‘renace’. Sin embargo, como el gas está en estado degenerado, el aumento de temperatura no conllevará expansión, y la enana blanca acumulará energía hasta que la degeneración del gas se rompe súbitamente y tiene lugar una de las explosiones más violentas del Universo: las supernovas tipo Ia.


Las supernovas tipo Ia se da en estrellas binarias cuando una es una enana blanca que roba material a su compañera gigante


La enana blanca roba material a su compañera gigante a través del punto L1

Estas explosiones son bien conocidas y son tan brillantes que se han descubierto galaxias enteras gracias al brillo de una de estas supernovas. Es decir, la supernova llega a brillar más que todo el conjunto de la galaxia que la alberga. Además de ser muy brillantes y de conocerlas muy bien, son bastante frecuentes, lo que nos permite usarlas para calcular distancias: conocemos bien qué luminosidad alcanzan y qué líneas espectrales muestra y cuando detectamos otra, las comparamos. Las diferencias entre lo conocido y lo observado se deben a la distancia, por lo que podemos calcular cómo de lejos está.


Las supernovas tipo Ia se usan para calcular distancias


El cálculo de distancias es uno de los grandes quebraderos de cabeza para los astrofísicos y las supernovas Ia que se dan en estrellas binarias son una pieza fundamental en la escalera de herramientas para determinarlas.