Ilustración en la que se representa un sistema binario con una enana marrón en primer plano (abajo a la derecha) y una enana blanca en segundo plano (arriba a la izquierda).

Descubierta una rara enana marrón masiva

Astrónomos del Observatorio Zwicky de Fenómenos Transitorios (ZTF) han descubierto una rara enana marrón masiva. El objeto recién detectado, en el límite entre un planeta y una estrella, es unas 80 veces más masivo que Júpiter y orbita una estrella enana tipo M de baja masa.

Las enanas marrones son objetos intermedios entre los planetas y las estrellas: son más masivas que los planetas, pero no tanto como las estrellas.

En términos generales, tienen entre 13 y 80 veces la masa de Júpiter y se convierten en estrellas si la presión de su núcleo aumenta lo suficiente como para iniciar la fusión nuclear.

Aunque hasta la fecha se han detectado muchas enanas marrones, es raro encontrarlas orbitando alrededor de otras estrellas.

Este es precisamente el tipo de rara enana marrón que ha encontrado un equipo de astrónomos dirigido por Kareem El-Badry del Instituto de Tecnología de California (Caltech).

Un peculiar sistema binario

El equipo de Kareem El-Badry detectó, durante una búsqueda de binarias eclipsantes de baja masa, un sistema binario que consiste en una estrella enana tipo M y una enana marrón, que recibió la designación de ZTF J2020+5033.

«Este documento presenta el descubrimiento de una enana marrón en un sistema binario con un período orbital mucho más corto que cualquier sistema de este tipo descubierto hasta la fecha».

«El descubrimiento fue posible gracias al ZTF, ya que proporciona curvas de luz de alta calidad para estrellas significativamente más débiles que otros sondeos utilizados hasta ahora para detectar enanas marrones en tránsito», explicaron los investigadores.

Curvas de luz en fase de ZTF J2020+5033 en cinco pasos de banda diferentes, con longitud de onda que aumenta de arriba a abajo. Crédito: El-Badry et al, 2023
Curvas de luz en fase de ZTF J2020+5033 en cinco pasos de banda diferentes, con longitud de onda que aumenta de arriba a abajo. Crédito: El-Badry et al, 2023

En el límite estelar

La enana marrón del sistema binario ZTF J2020+5033 tiene el tamaño de Júpiter, pero su masa es unas 80 veces mayor, lo que la sitúa en el límite estelar/subestelar, ligeramente por debajo del límite de combustión de hidrógeno con una temperatura efectiva estimada de 1.691 K.

Comparación entre las masas de los planetas, las estrellas y las enanas marrones.
Comparación entre las masas de los planetas, las estrellas y las enanas marrones.

La estrella del sistema es una enana M de tipo espectral M6, de 0,176 radios solares y 0,134 masas solares, con una temperatura efectiva de 2.856 K.

También según este estudio, este sistema binario se encuentra aproximadamente a 445 años luz de la Tierra y su edad se estima entre 5 y 13 mil millones de años. El período orbital es de solo 1,9 horas, lo que convierte a su enana marrón en tránsito en la de período más corto conocida hasta la fecha.

El frenado magnético

El «frenado magnético» es una teoría que explica la pérdida de momento angular de una estrella, debido a que parte de su material es capturado por su propio campo magnético y expulsado a gran distancia de su superficie.

El campo magnético despeja la región dentro de ~4–5 RJup (radios de Júpiter) por encima de la estrella, truncando el disco y desencadenando flujos meridionales (flechas blancas) que acumulan material en la estrella o lo desvían hacia el disco y, en última instancia, hacia la nebulosa protoplanetaria (efecto 'disco de decreción' indicado en la ilustración). Mientras tanto, la inducción magnética acopla el campo magnético estelar (líneas rojas) al disco, creando una transferencia de momento angular del sol que gira más rápido al disco más lento (líneas amarillas). Los flujos meridionales que reciclan el material circumsolar en la nebulosa protoplanetaria inducen así una pérdida neta de momento angular.
El campo magnético despeja la región dentro de ~4–5 RJup (radios de Júpiter) por encima de la estrella, truncando el disco y desencadenando flujos meridionales (flechas blancas) que acumulan material en la estrella o lo desvían hacia el disco y, en última instancia, hacia la nebulosa protoplanetaria (efecto ‘disco de decreción’ indicado en la ilustración). Mientras tanto, la inducción magnética acopla el campo magnético estelar (líneas rojas) al disco, creando una transferencia de momento angular del sol que gira más rápido al disco más lento (líneas amarillas). Los flujos meridionales que reciclan el material circumsolar en la nebulosa protoplanetaria inducen así una pérdida neta de momento angular.

Con un período orbital tan corto, ZTF J2020+5033 es también mucho más compacto que otros sistemas binarios conocidos con enanas marrones en tránsito. «Ambos componentes deben haber sido significativamente más grandes cuando eran jóvenes de lo que son hoy, lo que implica que la órbita se ha reducido significativamente por efecto del «frenado magnético».

Por lo tanto, esto sugiere que el «frenado magnético» sigue siendo eficiente por debajo del límite puramente convectivo en al menos algunas estrellas, al contrario de lo que se indica comúnmente en muchos modelos actuales de evolución binaria», concluyen los autores del artículo.

Finalmente, ZTF J2020+5033 está más cerca que 34 de los otros 39 sistemas conocidos con enanas marrones en tránsito, lo que indica que las enanas marrones en órbitas de período corto no son particularmente raras.

¿Qué es el ZTF?

El Observatorio Zwicky de Fenómenos Transitorios (Zwicky Transient Facility, o ZTF, por sus siglas en inglés), es una asociación público-privada destinada al estudio sistemático del cielo nocturno en luz visible mediante una cámara de campo de visión extremo, que escanea todo el cielo del hemisferio norte cada dos días.

Cúpula del Telescopio Samuel Oschin en el Observatorio Palomar en San Diego, California, en un atardecer con luna.
Cúpula del Telescopio Samuel Oschin en el Observatorio Palomar en San Diego, California, en un atardecer con luna.

El ZTF está instalado en el Telescopio Samuel Oschin de 48 pulgadas (tipo Schmidt) en el Observatorio Palomar en San Diego, California, siendo el componente clave del sistema una nueva cámara científica CCD de mosaico criogénico de 47 grados cuadrados y 600 megapíxeles.

Esta cámara proporciona así el mayor campo de visión instantáneo de un telescopio de apertura superior a medio metro, cubriendo cada imagen 235 veces el área de la luna llena.

Telescopio Samuel Oschin de 48 pulgadas (tipo Schmidt) en el Observatorio Palomar en San Diego, California.
Telescopio Samuel Oschin de 48 pulgadas (tipo Schmidt) en el Observatorio Palomar en San Diego, California.

La cámara se complementa con una nueva óptica de corrección asférica del telescopio, motorización de cúpula y telescopio, un obturador de exposición de gran formato, un sistema de iluminación de campo plano y un intercambiador robótico de filtro de paso banda.

De este modo, el sondeo de gran profundidad de campo resultante permite a la comunidad astronómica dedicarse al estudio científico de una amplia gama de fenómenos transitorios (dependientes del tiempo), que van desde asteroides cercanos a la Tierra, hasta el estudio de supernovas superluminosas distantes.

Fuente: New massive brown dwarf discovered

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