Aún con los avances tecnológicos del último tiempo, sigue siendo un desafío encontrar sistemas binarios, ya que muchas veces el telescopio ve una sola fuente cuando en realidad debiesen ser dos.
Los discos alrededor de estrellas jóvenes, conocidos como protoplanetarios porque en ellos se forman planetas, han sido observados con gran detalle utilizando telescopios de última generación como ALMA. Se espera que estos discos posean ciertos surcos concéntricos que indicarían la presencia de un planeta orbitando, pero una fracción importante de estos discos no son simétricos. Muchos de ellos muestras sobre-densidades de material en un sector, grandes cavidades que separan a la estrella central del borde interno del disco y movimientos inusuales en el material, si se considera una sola estrella central y aún con posibles planetas. Esto, indica que el disco es perturbado por algún mecanismo desconocido, como podría serlo la presencia de otra estrella.
Un sistema binario es aquel que está compuesto por dos objetos, en este caso estrellas, que orbitan un punto común en el espacio, conocido como centro de masas. Si este sistema posee un disco protoplanetario, a este se le conocerá como circumbinario. Se han observado un número importante de sistemas dobles con sus respectivos discos y se ha mostrado que un compañero estelar es capaz de crear asimetrías en su respectivo disco, pero no se ha hecho una conexión entre los parámetros de un sistema binario con las estructuras que se forman en su disco.
Por esto, Pedro Poblete, estudiante de postgrado del Núcleo Milenio de Formación Planetaria, junto a Nicolás Cuello, investigador postdoctoral, y Jorge Cuadra, investigador asociado, estudió la forma en que un sistema binario afecta al material en el disco circumbinario, utilizando simulaciones computacionales. La conclusión fue que se pueden formar dos tipos de estructuras de polvo en el disco: un grupo único en forma de herradura, o numerosos grupos, distribuidos a lo largo del borde interno del disco. La investigación fue publicada en la prestigiosa revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y fue realizada utilizando Geryon, supercomputadora ubicada en el Instituto de Astrofísica de la Pontificia Universidad Católica de Chile (IA-PUC).
“Para binarias con una inclinación similar a la del plano en la que se mueven, se observaron súper estructuras de gas que se concentran en un especifico sector angular del disco, con forma de herradura. Estas estructuras rotan junto con el disco y atrapan mucho polvo en ellas. Lo más sorprendente fue observar que le sucedía al polvo cuando se comenzó a inclinar aún más la binaria, llegando a una configuración perpendicular con el disco (caso polar). En este punto ya no hay súper estructuras de gas ni de polvo; el disco de gas empieza a exhibir brazos espirales y en el polvo se observan pequeños grumos distribuidos por todo el borde interno, lugar del llamado anillo de polvo. Y para el caso polar, estos se distribuyen equidistantemente unos de otros. Esto resulta ser muy enigmático y para nada intuitivo”, explica Pedro Poblete, quien en noviembre de 2019 se graduó con distinción del programa de magister en Astrofísica del IA-PUC.
Según Jorge Cuadra, quien además de pertenecer al NPF es académico del Instituto de Astrofísica UC, “este trabajo nos ayuda a decir cuáles de los discos que observamos podrían girar alrededor de estrellas binarias, e incluso la forma y orientación de sus órbitas”. El académico recalca que esperan que estas binarias sean observadas y así confirmar esta investigación.
El investigador explica que esta estructura en forma de anillo con pequeños grumos de polvo –observados en inclinaciones cercanas al caso polar– no se habían reportado hasta ahora. “Descubrimos que la formación de pequeños grumos de polvo está estrechamente relacionada con los brazos espirales que se forman en el gas. Y debido a que estos últimos son provocados por la acción directa de la binaria, pudimos vincular propiedades, como su excentricidad (la que mide cuán ovalada es la órbita con respecto a un círculo), con las estructuras en el polvo. Esto es de gran ayuda para astrónomos que se dedican a observar y estudiar discos protoplanetarios”, comenta.
Finalmente, Poblete indica que estos grumos de polvo en el disco son importantes en la formación planetaria, ya que en ellos es muy probable que el polvo milimétrico crezca hasta formar planetas. Esto hace que sistemas binarios, y en especial sistemas binarios polares, sean lugares factibles para formar planetas.
Trabajo a futuro
Los resultado obtenidos en esta investigación se condicen con las estructuras observadas en el disco protoplanetario de la estrella AB Aurigae, pero, sin la observación de una compañera estelar, no es posible catalogarla como un sistema binario ni a su disco como uno circumbinario. “Junto con AB Aurigae, existen otros sistemas que poseen estructuras que sugieren sistemas binarios. Pero de momento esa similitud solo está en el papel y será necesario hacer más estudios para confirmarlo”, indica Poblete.
El investigador agrega que en este trabajo solo se exploraron dos de los parámetros que definen a una binaria: excentricidad e inclinación, por lo que a futuro se deben estudiar otros, tales como las masas de las estrellas y su separación. Por esto, en trabajos futuros los astrónomos explorarán la conexión de estos otros parámetros con la morfología y comportamiento de un disco circumbinario.
La imagen que ilustra la nota muestra estructuras del polvo para distintos tamaños de granos.