Datos de ondas gravitacionales revelan que la mayoría de las novas rojas luminosas no terminan en fusiones de estrellas de neutrones
Por primera vez, los astrónomos han utilizado observaciones de ondas gravitacionales para establecer cifras concretas sobre lo que sucede cuando las estrellas en un sistema binario se desgarran mutuamente de forma espectacular. La respuesta es sorprendente: la gran mayoría de estos eventos producen algo distinto a las fusiones de estrellas de neutrones y agujeros negros que LIGO y Virgo pueden detectar.
El estudio, liderado por Dhruv Jain y sus colegas y aceptado para su publicación en el Astrophysical Journal, aborda una pregunta de larga data sobre las novas rojas luminosas (NRLe): transitorios ópticos brillantes que estallan cuando dos estrellas en un sistema binario comparten una envolvente común de gas. Los astrónomos sospechan desde hace tiempo que estos eventos podrían ser el grito de nacimiento de sistemas binarios compactos que eventualmente espiralizan y se fusionan, produciendo ondas gravitacionales. El nuevo trabajo utiliza datos reales para poner a prueba esa suposición.
El equipo comparó la tasa observada de novas rojas luminosas medida por el Zwicky Transient Facility (ZTF) con la tasa de fusiones por ondas gravitacionales medida durante la cuarta campaña de observación de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA (LVK). Su resultado central es contundente: solo alrededor del 0,1 % de las NRLe producen fusiones de estrellas de neutrones binarias (BNS) o de estrella de neutrones-agujero negro (NSBH) dentro de la edad del universo.
Envolventes comunes y sus consecuencias
Se cree que una nova roja luminosa ocurre cuando las capas externas de dos estrellas en un sistema binario cercano se comparten, formando una sola “envolvente común” de gas que rodea ambos núcleos estelares. La fricción dentro de esta envolvente hace que los núcleos espiralicen hacia adentro, expulsando el material de la envolvente al espacio y produciendo el característico estallido óptico rojo.
El cuadro convencional sostenía que este proceso de espiralización podría ajustar la órbita de los núcleos estelares restantes de forma tan dramática que eventualmente se fusionarían como un sistema binario compacto, detectable por observatorios de ondas gravitacionales. Pero los números nunca han coincidido: la tasa observada de NRLe es mucho más alta que la tasa de fusiones binarias compactas que los detectores de ondas gravitacionales registran.
El equipo de Jain construyó un marco riguroso para cuantificar el desajuste. Utilizando la tasa de LRN de ZTF y aplicando modelos de distribución de tiempo de retardo para determinar cuánto tarda una binaria compacta en fusionarse, calcularon cuántas NRLe deberían producir fusiones por ondas gravitacionales si cada LRN condujera a una binaria compacta. La tasa predicha era órdenes de magnitud superior a lo que LVK ha observado.
Una fracción del uno por ciento
La restricción derivada de aproximadamente una de cada mil significa que la gran mayoría de las eyecciones de envolventes comunes tienen resultados diferentes. La alternativa principal es una fusión estelar directa: los dos núcleos dentro de la envolvente común chocan y se fusionan antes de que puedan formar una órbita lo suficientemente ajustada como para producir posteriormente un evento de ondas gravitacionales detectable. Algunos sistemas también pueden producir binarias anchas que simplemente nunca se fusionan dentro del tiempo de Hubble.
El resultado proporciona un anclaje observacional para los modelos de evolución binaria que durante mucho tiempo han dependido de suposiciones teóricas sobre la eficiencia de las envolventes comunes. Si la mayoría de las NRLe producen fusiones estelares en lugar de binarias compactas, la fase de envolvente común es mucho menos eficiente para ajustar órbitas de lo que muchos modelos suponen.
El artículo está disponible en arXiv bajo el identificador 2511.19243 y ha sido aceptado para su publicación en el Astrophysical Journal.
Traducido por Alessandra