Utilizando el telescopio Gemini Sur, un equipo de astrónomos ha confirmado por primera vez que las diferencias en la composición de las estrellas binarias pueden deberse a variaciones químicas en la nube de material estelar a partir de la cual se formaron. Los resultados ayudan a explicar por qué las estrellas nacidas de la misma nube molecular pueden poseer una composición química diferente y albergar diferentes sistemas planetarios, además de plantear desafíos a los modelos actuales de formación de estrellas y planetas.
Se estima que hasta el 85% de las estrellas existen en sistemas estelares binarios, algunas incluso en sistemas con tres o más estrellas. Estos pares de estrellas nacen juntos de la misma nube molecular a partir de una abundancia compartida de componentes químicos, por lo que los astrónomos esperarían descubrir que tienen composiciones y sistemas planetarios casi idénticos. Sin embargo, para muchos binarios ese no es el caso. Si bien algunas explicaciones propuestas atribuyen estas diferencias a eventos que ocurrieron después de que las estrellas evolucionaron, un equipo de astrónomos ha confirmado por primera vez que en realidad pueden originarse antes de que las estrellas comenzaran a formarse.
Dirigido por Carlos Saffe del Instituto de Ciencias Astronómicas, Terrestres y Espaciales (ICATE-CONICET) de Argentina, el equipo utilizó el telescopio Gemini Sur de Chile, la mitad del Observatorio Internacional Gemini, apoyado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos y operado por NSF NOIRLab. Con el nuevo y preciso espectrografo óptico de alta resolución Gemini (GHOST), el equipo estudió las diferentes longitudes de onda de luz, o espectros, emitidos por un par de estrellas gigantes, lo que reveló diferencias significativas en su composición química. «Los espectros de altísima calidad de GHOST ofrecieron una resolución sin precedentes», dijo Saffe, «lo que nos permitió medir los parámetros estelares y la abundancia química de las estrellas con la mayor precisión posible». Estas mediciones revelaron que una estrella tenía mayor abundancia de elementos pesados que la otra. Para desentrañar el origen de esta discrepancia, el equipo utilizó un enfoque único.
Estudios anteriores han propuesto tres posibles explicaciones para las diferencias químicas observadas entre estrellas binarias. Dos de ellos involucran procesos que ocurrirían hasta bien entrada la evolución de las estrellas: la difusión atómica, o la sedimentación de elementos químicos en capas de gradiente dependiendo de la temperatura y la gravedad superficial de cada estrella; y la absorción de un pequeño planeta rocoso, lo que introduciría variaciones químicas en la composición de una estrella.
La tercera explicación posible se remonta al comienzo de la formación de las estrellas, sugiriendo que las diferencias se originan en áreas primordiales o preexistentes de falta de uniformidad dentro de la nube molecular. En términos más simples, si la nube molecular tiene una distribución desigual de elementos químicos, entonces las estrellas nacidas dentro de esa nube tendrán diferentes composiciones dependiendo de qué elementos estaban disponibles en el lugar donde se formó cada una.
Hasta ahora, los estudios han concluido que las tres explicaciones son probables; sin embargo, estos estudios se centraron únicamente en los binarios de secuencia principal. La 'secuencia principal' es la etapa en la que una estrella pasa la mayor parte de su existencia, y la mayoría de las estrellas del Universo son estrellas de la secuencia principal, incluido nuestro Sol. En cambio, Saffe y su equipo observaron una binaria formada por dos estrellas gigantes. Estas estrellas poseen capas externas o zonas convectivas extremadamente profundas y fuertemente turbulentas. Gracias a las propiedades de estas espesas zonas convectivas, el equipo pudo descartar dos de las tres posibles explicaciones.
El continuo remolino de fluido dentro de la zona convectiva dificultaría que el material se asiente en capas, lo que significa que las estrellas gigantes son menos sensibles a los efectos de la difusión atómica, lo que descarta la primera explicación. La gruesa capa externa también significa que una inmersión planetaria no cambiaría mucho la composición de una estrella ya que el material ingerido se diluiría rápidamente, descartando la segunda explicación. Esto deja como explicación confirmada las faltas de homogeneidad primordial dentro de la nube molecular. «Esta es la primera vez que los astrónomos han podido confirmar que las diferencias entre estrellas binarias comienzan en las primeras etapas de su formación», dijo Saffe.
«Utilizando las capacidades de medición de precisión proporcionadas por el instrumento GHOST, Gemini South ahora está recopilando observaciones de estrellas al final de sus vidas para revelar el entorno en el que nacieron», dice Martin Still, director del programa NSF para el Observatorio Internacional Gemini. . «Esto nos da la capacidad de explorar cómo las condiciones en las que se forman las estrellas pueden influir en toda su existencia durante millones o miles de millones de años».
Tres consecuencias de este estudio son de particular importancia. En primer lugar, estos resultados ofrecen una explicación de por qué los astrónomos ven estrellas binarias con sistemas planetarios tan diferentes. «Diferentes sistemas planetarios podrían significar planetas muy diferentes (rocosos, similares a la Tierra, gigantes de hielo, gigantes gaseosos) que orbitan sus estrellas anfitrionas a diferentes distancias y donde el potencial para sustentar vida podría ser muy diferente», dijo Saffe.
En segundo lugar, estos resultados plantean un desafío crucial para el concepto de etiquetado químico (utilizar la composición química para identificar estrellas que provienen del mismo entorno o vivero estelar) al mostrar que estrellas con diferentes composiciones químicas aún pueden tener el mismo origen.
Finalmente, será necesario revisar las diferencias observadas previamente atribuidas a impactos planetarios en la superficie de una estrella, ya que ahora podría considerarse que han estado allí desde el comienzo mismo de la vida de la estrella.
«Al mostrar por primera vez que las diferencias primordiales están realmente presentes y son responsables de las diferencias entre estrellas gemelas, demostramos que la formación de estrellas y planetas podría ser más compleja de lo que se pensaba inicialmente», dijo Saffe. «¡El Universo ama la diversidad!»
