Un equipo dirigido por el astrónomo Yichen Zhang, de la Universidad Jiao Tong de Shanghái, ha reconstruido por primera vez en tres dimensiones la órbita de dos estrellas masivas todavía en formación, el sistema IRAS 07299−1651, a unos 5500 años luz. Según el estudio, publicado el 7 de septiembre en Nature Astronomy tras casi ocho años de observaciones con ALMA, en Chile, las dos estrellas empezaron a formarse cada una por su lado y se cruzaron de cerca unos 60 años antes de las observaciones.
«Por primera vez hemos podido ver a dos estrellas masivas moverse una alrededor de la otra mientras todavía estaban naciendo», dijo Zhang, autor de correspondencia del estudio, en la nota del Observatorio ALMA.
Una pareja que ya conocían desde 2019
En 2019, Zhang, entonces en el instituto japonés RIKEN, y Jonathan C. Tan, de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) y la Universidad de Virginia (Estados Unidos), ya habían descrito esta pareja, separada por unas 180 unidades astronómicas (UA, la distancia media entre la Tierra y el Sol) y con una masa conjunta de al menos 18 veces la del Sol.
Aquella vez los datos parecían encajar con la explicación de manual, en la que un gran disco de gas alrededor de la estrella principal se parte y de ese fragmento sale su compañera. Pero los discos que rodean a cada estrella ya parecían desalineados entre sí, según recuerda ahora el Observatorio ALMA.
Casi ocho años midiendo desplazamientos diminutos
El equipo juntó observaciones de ALMA y del radiotelescopio VLA, en Nuevo México, con una resolución de unas 0,05 segundos de arco, equivalentes a 84 UA a esa distancia.
Con esos datos comprobaron que la estrella B se aleja de la A en el plano del cielo a 10,4 kilómetros por segundo, casi la misma diferencia de velocidad, unos 10 km/s, que ya se medía en la línea de visión. Es justo lo que cabe esperar si el desplazamiento se debe al giro de una alrededor de la otra.
A ALMA y al VLA se sumaron imágenes infrarrojas del telescopio espacial James Webb y del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral, cuyo análisis lideró el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), en Granada. Cada telescopio aportó una parte distinta de la información, explicó Rubén Fedriani, coautor del estudio e investigador del IAA-CSIC, en la nota del IAA-CSIC.
Una órbita casi parabólica y discos torcidos
Cada una de estas protoestrellas tiene su propio disco, de unas 20 UA de radio en la parte de gas ionizado y de unas 40 UA en la de polvo, y la estrella A lanza un chorro que el Webb ve como una cadena de nudos de hidrógeno.
La rotación del gas en esos discos sirvió para pesar a las dos estrellas, con unas 12 masas solares cada una y unas 25 entre las dos, según varias estimaciones independientes del artículo.
Al ajustar la órbita, la excentricidad, que mide cuánto se aparta una trayectoria de una circunferencia, salió cercana a 1, el valor de una parábola. «Fue como resolver un rompecabezas tridimensional», dijo Yao Wang, que firma el estudio en primer lugar y también trabaja en la Universidad Jiao Tong de Shanghái.
Los discos están además muy inclinados. El de la estrella A forma unos 59 grados con el plano de la órbita y el de la B unos 133 grados, lo que significa que gira en sentido contrario al de la órbita, y entre los dos hay unos 99 grados de diferencia.
Dos núcleos de gas y un encuentro cercano
Si las dos estrellas hubieran salido del mismo disco, lo esperable sería una órbita casi circular y discos alineados entre sí. Los autores escriben que estas propiedades son difíciles de conciliar con un origen por fragmentación del disco.
Su propuesta es lo que llaman fusión de núcleos: cada estrella empezó a crecer en su propio núcleo denso de gas, y en las órbitas parabólicas representativas hace unos 100.000 años estaban a unas 35.000 UA, un plazo comparable al que tarda en formarse una estrella masiva.
«Nuestros hallazgos sugieren que las dos estrellas no han nacido juntas, sino que empezaron a formarse de manera independiente antes de experimentar un encuentro gravitatorio cercano», explica Fedriani en la nota del IAA-CSIC.
En esas órbitas parabólicas, el paso más cercano ocurrió a unas 139 UA y unos 58 años antes de las campañas de 2016 a 2024, con márgenes amplios; la órbita de máxima verosimilitud lo sitúa a 122 UA y unos 60 años antes. Durante las observaciones, las dos estrellas estaban a unas 200 UA.
Esos 60 años se cuentan hacia atrás desde las observaciones: la luz que llega hoy de IRAS 07299−1651 salió de allí hace unos 5500 años. Los autores añaden que, dentro de una nube donde nacen estrellas, cabe esperar que las fusiones de núcleos independientes sean un hecho relativamente común.
Por qué importan las parejas de estrellas masivas
Se calcula que al menos el 90 % de las estrellas masivas vive en sistemas binarios o múltiples, es decir, en parejas o grupos que giran alrededor de un centro de masas común, según el propio estudio.
La nota del IAA recuerda que estas parejas pueden dar lugar a algunos de los fenómenos más energéticos del Universo, como las explosiones de supernova, las binarias de rayos X o la fusión de agujeros negros.
Hasta ahora solo se conocían unas pocas protobinarias masivas con menos de 1000 UA de separación. Los sistemas muy jóvenes ya han dado otras sorpresas, como Elias 2-24 b, el planeta más joven conocido, y estrellas al final de su vida como el objeto de Sakurai siguen cambiando a la vista de los telescopios.
Lo que todavía no está claro
Los autores admiten que la evolución futura del sistema sigue siendo incierta. La pareja está cerca del límite entre una órbita ligada y una trayectoria abierta, y su destino podría depender en parte del gas que sigue cayendo desde la nube.
La excentricidad está poco acotada, porque solo se ha seguido un tramo corto de la órbita, y depende mucho de la masa total. Si el conjunto superara unas 30 masas solares ganarían las órbitas cerradas, e incluso entre 20 y 30 siguen siendo posibles órbitas menos excéntricas. Por eso el equipo considera que hará falta un seguimiento astrométrico continuado para fijarla con más seguridad.
El estudio completo se ha publicado en Nature Astronomy, y las cifras de detalle de esta noticia salen de la versión que los autores dejaron en abierto en el repositorio arXiv.
Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Joseph DePasquale (STScI)
