DOS ESTRELLAS MUERTAS EN LA ÓRBITA MÁS ESTIRADA JAMÁS VISTA

Las parejas de estrellas de neutrones, los núcleos colapsados que dejan las estrellas masivas, orbitan la una alrededor de la otra y pierden lentamente energía en forma de ondas gravitacionales. La primera se descubrió en 1974 (PSR B1913+16), y hoy se conocen más de 30. Algunas acaban fusionándose y producen eventos como GW170817 y GW190425, detectados por LIGO. Cuántas de estas parejas sobreviven en la Vía Láctea, y en qué órbitas, son preguntas básicas para la astronomía de ondas gravitacionales y para la historia de cómo evolucionan las estrellas dobles.

Una órbita récord

PSR J0653+0443 es un púlsar, una estrella de neutrones cuyo haz de radio barre la Tierra como un faro, que gira una vez cada 47,5 milisegundos. Lo detectó por primera vez el radiotelescopio esférico de quinientos metros de apertura (FAST) de China el 20 de noviembre de 2022, y se encuentra a alrededor de 1 kilopársec (unos 3.000 años luz), en el brazo de Perseo de la Galaxia.

Cronometrando sus pulsos durante más de dos años, Z. L. Yang, J. L. Han y sus colegas de los Observatorios Astronómicos Nacionales de China y de universidades asociadas descubrieron que orbita alrededor de otra estrella de neutrones. Las masas: 1,38 masas solares para el púlsar y 1,44 para su compañera.

La órbita es extraordinaria:

• un periodo de 79,084 días, el más largo de todas las estrellas de neutrones dobles conocidas;
• una excentricidad (0 para un círculo, cerca de 1 para una órbita estirada casi hasta ser una curva abierta) de 0,99238692, la más alta jamás medida para cualquier pareja de estrellas; el récord anterior, para una estrella doble ordinaria, era de 0,985;
• solo 46 minutos para pasar de un lado de la compañera al otro, mientras que la mayor parte de los 79 días transcurre lejos;
• en el máximo acercamiento, una separación de 0,83 radios solares, unos 580.000 km, menos que el propio radio del Sol, y una velocidad relativa de 1.140 kilómetros por segundo, la mayor de cualquier estrella de neutrones doble conocida.

FAST es una antena fija: solo ve una franja del cielo sobre él, y el máximo acercamiento no siempre cae dentro de ella. Entre 2025 y 2028, solo dos pasos caen dentro de su campo de visión: el 19 de febrero de 2025 y el 21 de abril de 2027. El equipo siguió el primero durante dos horas, con una medición por minuto.

Un eclipse y una elipse que se tambalea

Durante ese paso, la señal de radio del púlsar desapareció durante 85 segundos al pasar por detrás del entorno magnético de su compañera. Eso significa que vemos la órbita casi de canto. Es solo el segundo eclipse observado en una estrella de neutrones doble, después del famoso púlsar doble PSR J0737−3039A.

La relatividad general hace girar lentamente la elipse: es el avance del periastro —el punto de máximo acercamiento de la órbita va girando lentamente—, medido aquí en 0,017791 grados por año, tal como se predecía. Pero ese avance no es uniforme: se acelera cerca del máximo acercamiento. En esta órbita casi parabólica, la orientación de la órbita se mueve durante el propio paso, lo que acerca el púlsar hacia nosotros y luego lo aleja, y adelanta y después retrasa sus pulsos entre −2,91 y +2,49 milisegundos, más de diez veces más que en cualquier otro sistema de este tipo.

Nacidas de un empujón violento

Se cree que estas parejas proceden de dos estrellas masivas que estallan una tras otra. Según los autores, la excentricidad extrema solo puede venir de un gran «empujón» (kick) recibido por la segunda estrella de neutrones al colapsar el núcleo de hierro de la estrella que la engendró. Sus simulaciones sugieren un empujón de más de unos 400 kilómetros por segundo.

También simularon alrededor de mil millones de binarias masivas. Entre las estrellas de neutrones dobles supervivientes, las que tienen una excentricidad superior a 0,95 y un periodo de 50 a 110 días representan menos del 0,5 %. Y sin embargo esta apareció entre solo 28 conocidas fuera de los cúmulos globulares, en el disco de la Galaxia. En palabras de los autores, «o tenemos mucha suerte, o la teoría actual de la evolución de binarias y lo que sabemos hoy de las supernovas de colapso del núcleo necesitan modificaciones».

Ráfagas de ondas gravitacionales

Como las dos estrellas solo se acercan una vez cada 79 días, emiten ondas gravitacionales en ráfagas periódicas. La emisión alcanza su máximo cerca de 0,357 milihercios, un ciclo cada 47 minutos: la duración del máximo acercamiento. Es demasiado débil para los observatorios espaciales de ondas gravitacionales previstos LISA, Taiji y TianQin, pero conceptos futuros propuestos como LISAmax podrían detectarla en diez años. La pareja se fusionará dentro de unos 2.500 millones de años, en un evento como GW170817.