Sistemas Binarios de Estrellas

Un buen día por la noche te encuentras un cielo estrellado como nunca lo has visto hasta ese día y tú quedas maravillado al contemplar la belleza de algo así. Te haces preguntas sobre qué hay más allá, o tal vez solo lo observes acompañado de tu persona favorita  compartiendo un momento, sin imaginar que muchas de las estrellas que existen tal vez se encontrarán acompañadas de otra estrella.

Te estarás preguntando ¿estrellas vecinas? Ahora sé que ha despertado tu imaginación y has abandonado la idea de una estrella solitaria como siempre la has entendido. Para echar a volar más tu imaginación, a éstas estrellas que se encuentran acompañadas de otra se les llama sistemas binarios, las cuales son estrellas que están ligadas gravitacionalmente una respecto a otra. En este momento entrarán a tu imaginación dos estrellas bailando con gracia y elegancia, orbitando entre sí una más pequeña que la otra. Jamás te imaginarías que el porcentaje de estas estrellas entre la población estelar llega a alrededor de 80% de binarias conocidas. Encontrando en estas, dos clases fundamentales: las binarias separadas — no interactivas — y las binarias interactivas. La diferencias físicas entre ellas son que las binarias separadas están dominadas por la fuerza gravitatoria de sus masas que hace que giren una alrededor de otra con una distancia en la que no existe una interacción física entre ellas. Y las binarias interactivas se encuentran más cerca entre sí donde hay un intercambio de materia entre ellas e interacción luminosa afectando su comportamiento.

Igualmente, podemos encontrar una clasificación más fenomenológica. Esta clasificación las divide en: binarias aparentes, binarias visuales, binarias astrométricas, binarias espectroscópicas, binarias espectrales, binarias fotométricas eclipsantes, binarias interferométricas, y binarias separadas e interactivas.

Binarias aparentes. Son estrellas que se ven muy cercanas entre sí, pero que no se encuentran a la misma distancia, encontrándose a años luz crean así un efecto de perspectiva. Un ejemplo sencillo de esto es como la imagen de los coches que se presenta a continuación, uno de juguete y uno real. Aquí,  se ven como si fueran del mismo tamaño e incluso cercanos pero realmente el coche real se encuentra más lejano creando el efecto  de estar muy cerca y aparentar el mismo tamaño.

Binarias visuales. Estas no se encuentran a la misma distancia, sino que están juntas por la fuerza de gravitación entre ellas. Esto es porque ambas giran alrededor de un centro de masa en común. Sus movimientos se pueden observar desde un telescopio, y los periodos de una órbita completa van desde cerca de un año hasta miles de años.

Binarias astrométricas. Usando un telescopio es difícil notar que estas estrellas estén acompañadas. Sin embargo, su movimiento oscilatorio delata que hay una segunda estrella, aunque esta no pueda detectarse a simple vista.

Binarias espectroscópicas. En caso de que un sistema no pueda resolverse de manera visual, se puede demostrar el acompañamiento de otra con su espectro. Podemos observar la superposición de dos líneas espectrales, cuyas líneas oscilan periódicamente en longitud de onda. Algunas veces, una de las dos estrellas es más débil con respecto a otra y su espectro no se observa. A estos sistemas se les conoce como binarias espectroscópicas de una sola línea. Cuando dos estrellas tienen luminosidades similares, los espectros de ambas son visibles por consiguiente son llamadas binarias espectroscópicas de línea doble.

La velocidad radial — el método de la velocidad radial consiste en observar una estrella en busca de signos de movimiento — de ambas tiene el mismo periodo, mientras una se mueve a la derecha la otra se moverá a la izquierda y viceversa. La amplitud de ese movimiento dependerá de su masa. Cuanto más masiva, menos será su amplitud. Esto se debe a la contracción o expansión de la longitud de onda de la luz — también conocido como efecto Doppler—. Lo anterior explica que al alejarse la estrella de nosotros, notamos que sus líneas espectrales tienden a irse al rojo mientras más lejana se encuentre, media vuelta después se corre hacia el azul cuando vuelve a acercarse y su longitud de onda se vuelve más corta.

Binarias espectrales. Son sistemas similares a las binarias espectroscópicas pero sus rasgos espectrales no presentan variaciones en su velocidad radial. Sus espectros se ven superpuestos produciendo un espectro compuesto, pero la inclinación de su órbita respecto a nosotros es muy pequeña, cercana a cero.

Binarias fotométricas eclipsantes. Estas clasificación se refiere a que una estrella puede eclipsar la luz de su vecina periódicamente. Estas estrellas binarias se detectan principalmente por la variación periódica de su brillo. Se le da nombre de eclipse primario cuando la estrella más caliente pasa detrás de la más fría, y secundario cuando el comportamiento es al revés. Otro tipo son las que se detectan por métodos fotométricos cuando ocurren ocultaciones de estrellas por la Luna. Durante alguno de los eclipses se observa que el brillo de la estrella disminuye en dos etapas que son cuando la Luna oculta a cada una de las componentes de la binaria. Detectar binarias de este modo es complicado ya que sólo se pueden detectar binarias cuyas componentes tengan ángulo de posición que esté situado a lo largo del movimiento lunar.

Binarias interferométricas. Son estrellas que al telescopio están separadas aproximadamente por un segundo de arco o menos y que no se pueden distinguir visualmente. Se han detectado usando la técnica de interferometría.  Este método utiliza la propiedad ondulatoria de la luz y hace uso del fenómeno de difracción — fenómeno ondulatorio que ocurre cuando una onda se reproduce al atravesar una abertura u orificio —.

Binarias separadas e interactivas. Una explicación básica de ambas es la siguiente: si el radio de las dos estrellas es muy pequeño comparado con la separación entre las dos, se trata de una binaria separada o no interactiva. Si el caso es lo contrario, se trata entonces de una binaria semi-separada o binaria en contacto. La diferencia entre ellas solamente es el intercambio de materia.

Ahora explicaremos otro término que es importante para poder explicar de una mejor manera estos comportamientos: los lóbulos de Roche. En un sistema binario cada estrella está rodeada por una zona próxima a ella, en la que su propia gravedad domina a los efectos producidos por la presencia de la otra estrella y los debidos a la rotación del sistema binario. Dentro de esta región toda la materia pertenece a la estrella y no puede escapar hacia la otra compañera o fuera del sistema. Fuera de esta región, es decir, lejos de cada estrella, no domina la propia gravedad y el gas puede escapar de una estrella hacia la otra.

Podemos observar en la (a) un sistema binario serparado ya que ninguna de las dos llena sus lóbulos de Roche; (b) nos muestra el ejemplo de un sistema binaro semi-separado en la que podemos ver que una llena su lóbulo de Roche y la otra no, solo hay trasferencia de gas de una sola estrella a otra; y por último en (c) son binarias en contacto, las dos estrellas llenan o sobrepasan sus respectivos lóbulos de Roche debido, por ejemplo, a efectos evolutivos. Las superficies de las dos estrellas se mezclan y forman una envoltura común que contiene a ambas estrellas. 

Para finalizar recordemos que una estrella binaria es una estrella acompañada de otra que se divide en dos clases fundamentales — dependiendo de si hay intercambio de materia o no — y además estas tienen una clasificación especial de acuerdo a la forma en que podemos distinguirlas, ya sea visualmente o utilizando otro método como el espectro binario. Ahora que entendiste esto y vuelvas a observar un cielo estrellado ¿qué nueva pregunta te harás?

Escrito por: Helsinky Conakry
Imagen portada: Estrellas binarias. (Créditos: NASA)

Referencias

Echevarría, J. Estrellas binarias interactivas. Fondo de Cultura Económica (La ciencia para todos) (1987).

Echevarría, J. Estrellas binarias. Revista AMC. (2009)

La evolución de los sistemas binarios. ANTARES.