Los astrónomos tienen una nueva forma de encontrar exoplanetas en sistemas binarios cataclísmicos

¿Has oído hablar de LU Camelopardalis, QZ Serpentis, V1007 Herculis y BK Lyncis? No, no son miembros de una banda de chicos en la antigua Roma. Son variables cataclísmicas, estrellas binarias que están tan juntas que una estrella extrae material de sus hermanas. Esto hace que el brillo varíe mucho.

¿Pueden existir planetas en este entorno caótico? ¿Podemos descubrirlos? Un nuevo estudio responde afirmativamente a ambas.

variables catastróficas (Resumen) están sujetos a aumentos significativos en el brillo. El brillo de todas las estrellas varía hasta cierto punto, incluso nuestro Sol. Pero los aumentos de brillo CVS son más notables que en estrellas como nuestro Sol, y ocurren con poca frecuencia.

Hay diferentes tipos de variables cataclísmicas: novas clásicas, novas enanas, algunas supernovas y otras. Todos los tipos comparten la misma mecánica básica. Un par de estrellas se orbitan muy de cerca, y una de las estrellas es más grande que la otra. La estrella más masiva se llama estrella principal y extrae gas de la estrella menos masiva, que los astrónomos llaman estrella donante. La estrella principal en el CV es una enana blanca y la estrella donante suele ser una enana roja. Las estrellas enanas rojas son más frías y menos densas que las enanas blancas. Tienen masas entre 0,07 y 0,30 masas solares y un radio de alrededor del 20% del Sol. Las protoestrellas enanas blancas tienen una masa típica de aproximadamente 0,75 masas solares, pero un radio mucho más pequeño, aproximadamente del mismo tamaño que el de la Tierra.

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Cuando la estrella primaria extrae material de la estrella donante, el material forma un disco de acreción alrededor de la estrella primaria. La temperatura de la sustancia en el disco acumulador aumenta, lo que conduce a un aumento de su luminosidad. El aumento puede superar la luz de un par de estrellas. Si hay un tercer cuerpo tenue, un planeta, en el sistema, su gravedad puede afectar la transferencia de material del donante a la estrella primaria. Estas perturbaciones afectan el brillo del sistema, que es el quid del nuevo estudio.

Esta es una imagen de la variante catastrófica AE Aquarii, que no forma parte de este estudio.  La enana blanca más pequeña y masiva extrae material de su compañera de secuencia principal, generalmente una enana roja.  Crédito de la imagen: por Casey Reed/NASA - La enana blanca pulsa como un púlsar, dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?id=commons.wikimedia.org/w/index.php?
Esta es una imagen de la variante catastrófica AE Aquarii, que no forma parte de este estudio. La enana blanca más pequeña y masiva extrae material de su compañera de secuencia principal, generalmente una enana roja. Crédito de la imagen: por Casey Reed/NASA – La enana blanca pulsa como un púlsar, dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?id=commons.wikimedia.org/w/index.php?

Los autores del estudio explican cómo los entornos caóticos alrededor de CVS pueden albergar planetas y explican cómo los astrónomos pueden detectarlos. estudiar es»Prueba de la hipótesis del tercer cuerpo en variantes catastróficas LU Camelopardalis, QZ Serpentis, V1007 Herculis y BK Lyncis. Publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). El autor principal es el Dr. Carlos Chavez, de la Universidad Autónoma de Nuevo León en México.

El material atraído por la estrella primaria se acumula en un anillo acumulativo y se calienta, aumentando su luminosidad. Pero la transferencia de material al disco no es estática; Suben y bajan a medida que las estrellas de la biografía giran una alrededor de la otra. Chávez y sus colegas examinaron cuatro variables catastróficas en su estudio: LU Camelopardalis, Serpentis QZEl V1007 Hércules y Lyncis. Los cuatro CV muestran períodos fotométricos muy largos (VLPP), que son períodos de luminosidad mejorada que no corresponden a los períodos orbitales del binario.

Hay un punto entre ambas estrellas y el tercer objeto llamado punto L1, o Un lagrangiano un punto. Es el punto de equilibrio gravitacional entre las estrellas. El punto L1 es dinámico y cambia de posición a medida que se mueven las estrellas. El autor principal, Chávez, mostró en un artículo anterior que un tercer cuerpo, el planeta, puede causar vibraciones en el punto L1.

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A medida que cambia el punto L1, la cantidad de materia atraída hacia la estrella primaria, la tasa de transferencia de masa, cambia. Un cambio en la tasa de transferencia de masa provoca un cambio en la luminosidad de todo el sistema de cuerpo triangular.

Al medir los cambios en el brillo de los cuatro CV, los investigadores calcularon las distancias y masas de los tres objetos potenciales en los sistemas en función de los cambios de brillo en cada sistema. Sus cálculos muestran que las variaciones tienen periodos mucho más largos que los periodos orbitales de las estrellas. Según el equipo, dos de los cuatro CVS que estudiaron tenían «cuerpos de tipo planetario» orbitando a su alrededor.

«Nuestro trabajo ha demostrado que un tercer cuerpo puede confundir una variable catastrófica de una manera que puede inducir cambios en el brillo del sistema», dijo el Dr. Chávez en un comunicado de prensa. «Estas perturbaciones podrían explicar los períodos muy largos que se observaron, entre 42 y 265 días, y el alcance de esos cambios en el brillo. De los cuatro sistemas que estudiamos, nuestras observaciones indican que dos de los cuatro sistemas tienen cuerpos con masa planetaria en órbita. alrededor de ellos.»

Esta no es la primera vez que los científicos se ocupan de las biografías y están tratando de encontrar una explicación para las diferencias en el brillo. En 2017, un equipo independiente de investigadores publicó un artículo de investigación que presentaba los cuatro CV y ​​sus VLPP. Sugirieron que los planetas eran la causa. Pero dijeron que «… el plano orbital del tercer cuerpo tendría que ser superior a 39,2 grados para que este mecanismo sea efectivo para perturbar al dúo interno de manera efectiva».

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«Aquí exploramos una nueva posibilidad, a saber, que la perturbación secular debida al tercer cuerpo de baja asimetría y baja propensión explica el VLPP y también el cambio en el volumen observado en estos cuatro CV», escriben Chávez y sus colegas en su artículo. Dicen que «…un tercer objeto en una órbita semicircular plana puede causar perturbaciones en la excentricidad bicentral».

Según Chávez, su trabajo equivale a un nuevo método para detectar exoplanetas. Los cazadores de planetas encuentran la mayoría de los exoplanetas utilizando el sistema de tránsito. Cuando un exoplaneta pasa frente a su estrella, hay una caída detectable en la luz de la estrella. Aunque efectivo – hemos encontrado miles de planetas de esta manera – el método de tránsito tiene limitaciones. Solo funciona cuando las cosas se alinean correctamente. Debemos mirarlo desde un lado, por así decirlo, de lo contrario, el planeta no cruza la estrella desde nuestro punto de vista, y no hay luz estelar que se aleja.

Pero el método desarrollado por Chávez y sus colegas no se basa en los tránsitos planetarios. Se basa en el cambio fundamental de brillo que se puede observar desde diferentes ángulos.

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