Objeto Thorne-Żytkow

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Hace algún tiempo que no escribo nada acá en el blog. Han pasado casi dos meses desde mi última publicación. Durante este tiempo, he luchado contra una profunda depresión que me ha dejado impotente y desconectado. Sigo superándola, pero hoy quiero escribir, porque incluso en los momentos más oscuros, las estrellas pueden ofrecer algo de luz.

Antes de que comenzara este período difícil, me encontré con un artículo fascinante sobre tipos inusuales de estrellas compactas, algunas de las cuales desconocía. Entre ellas, una en particular destacó por su naturaleza extraña y su nombre casi impronunciable: el Objeto Thorne-Żytkow.

Una supergigante roja: el tipo de estrella que puede engullir una estrella de neutrones y formar un objeto Thorne-Żytkow.

¿Qué es un objeto Thorne-Żytkow?

Propuesto por primera vez en 1977 por el físico Kip Thorne y la astrofísica Anna Żytkow, un objeto Thorne-Żytkow (TŻO) es un tipo raro y exótico de estrella híbrida. Se cree que se forma cuando una estrella de neutrones densa es engullida por una gigante roja o una supergigante roja, lo que da lugar a un escenario de una estrella dentro de otra estrella.

Un objeto Thorne-Żytkow se forma cuando una estrella de neutrones se fusiona con una supergigante roja, creando una única estrella exótica.


A diferencia de las interacciones típicas de estrellas binarias, donde dos cuerpos orbitan entre sí, en este caso la estrella de neutrones se adentra en espiral a través de las capas externas extendidas de la supergigante roja.

Con el paso de cientos de años, los dos núcleos estelares acaban fusionándose. El resultado podría ser un agujero negro —si su masa combinada supera el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff— o una peculiar estrella de neutrones rodeada por una envoltura convectiva masiva: un objeto de Thorne-Żytkow.

Escenarios de Formación


En teoría, las TŻO pueden formarse de dos maneras principales:

  1. Las estrellas errantes en regiones densamente pobladas, como los cúmulos globulares, pueden colisionar por pura casualidad.
  2. Los sistemas binarios, donde una estrella se convierte en una estrella de neutrones tras una supernova, pueden evolucionar a una TŻO si la dinámica orbital finalmente lleva a la estrella de neutrones a la envoltura de su compañera, especialmente si esta evoluciona a una gigante roja.

A medida que la estrella de neutrones se desplaza a través de la difusa atmósfera exterior de la estrella mayor, la fricción provoca la desintegración orbital. La órbita binaria se desestabiliza y la estrella de neutrones se desplaza en espiral hacia el núcleo. Esta fase puede durar siglos y culminar en una fusión completa.

En casos excepcionales, una estrella de neutrones puede fusionarse con una enana blanca, produciendo una estrella TŻO con propiedades similares a las variables R Coronae Borealis.

¿Qué hace que las TŻOs sean únicas?

Ilustración de un objeto Thorne-Żytkow. En su núcleo se encuentra una estrella de neutrones, rodeada por la envoltura de una supergigante roja.


Lo que distingue a los objetos Thorne-Żytkow de las supergigantes rojas comunes reside bajo su superficie. Si bien su apariencia se asemeja a la de las supergigantes rojas, su física interna es extrema:

  1. La superficie de la estrella de neutrones puede alcanzar temperaturas superiores a los mil millones de grados Kelvin, más calientes que los núcleos de la mayoría de las estrellas.
  2. Se producen reacciones nucleares inusuales donde la envoltura de la supergigante roja se acrecienta sobre la estrella de neutrones, lo que da lugar a una nucleosíntesis exótica.
  3. Estos procesos pueden crear niveles anormalmente altos de litio, calcio y otros elementos raros, que no se encuentran habitualmente en las estrellas comunes.

Estas composiciones son resultado directo de la envoltura totalmente convectiva que transfiere material entre la superficie y el interior, profundamente ardiente.

¿Cómo podemos detectarlas?


Observacionalmente, las TŻO son difíciles de distinguir de las supergigantes rojas normales. Sin embargo, los astrónomos buscan líneas espectrales específicas asociadas con elementos inusuales como el litio y el rubidio.

Otra posible señal es la emisión continua de ondas gravitacionales desde el núcleo denso de la estrella de neutrones, una vía prometedora para la futura astronomía multimensajera, especialmente con la ayuda de instrumentos como LIGO.

Si una TŻO se calienta lo suficiente como para perder sus capas externas de hidrógeno, podría incluso aparecer como una estrella Wolf-Rayet rica en nitrógeno (tipo WN8).

Su esperanza de vida estimada oscila entre 100.000 y 1 millón de años, y basándose en estas escalas de tiempo, los astrónomos creen que podría haber entre 20 y 200 TŻOs en nuestra galaxia hoy en día.

El caso de HV 2112

HV 2112, en la Pequeña Nube de Magallanes, fue identificado como un fuerte candidato a TŻO debido a su inusual firma química.

En 2014, la astrónoma Emily Levesque y su equipo anunciaron una posible candidata para la primera TŻO observada: una estrella llamada HV 2112, ubicada en la Pequeña Nube de Magallanes, a unos 160.000 años luz de distancia.

HV 2112 es una supergigante roja de tipo espectral M5.5II-III, con una temperatura superficial de alrededor de 3.900 K (3.626,85 °C), un radio de más de 900 veces superior al del Sol y una luminosidad decenas de miles de veces mayor. Había sido catalogada más de un siglo antes por Henrietta Swan Leavitt, pero solo recientemente su extraña huella química atrajo la atención.

El equipo de Levesque detectó abundancias anómalas de litio, calcio y rubidio, elementos que pueden sintetizarse en la envoltura de una TŻO, pero no en la evolución estelar estándar. Estos hallazgos convirtieron a HV 2112 en la candidata a TŻO más potente descubierta hasta la fecha. Sin embargo, algunas anomalías en su espectro no coinciden plenamente con las predicciones teóricas. O bien nuestros modelos de TŻO están incompletos, o bien HV 2112 es algo completamente distinto.

Evolución teórica y destino


El destino final de un objeto Thorne-Żytkow depende de varios factores inciertos:
  1. Tasas de acreción;
  2. Límites de masa de las estrellas de neutrones;
  3. Rápida de pérdida de la envoltura.

Se ha propuesto que la pérdida de masa podría poner fin a la fase TŻO. La envoltura restante podría formar un disco de acreción, lo que podría conducir a:

  1. La formación de un púlsar aislado con un disco masivo;
  2. El colapso de la estrella de neutrones en un agujero negro;
  3. La formación de una nueva estrella compañera a partir del material sobrante del disco;

Cada escenario plantea preguntas intrigantes sobre los ciclos de vida de las estrellas compactas y el canibalismo estelar.

Reflexiones finales


Los objetos Thorne-Żytkow siguen siendo una de las clases de estrellas más extrañas y esquivas de la astrofísica. Con su naturaleza híbrida, sus exóticos interiores y su química inusual, desafían nuestra comprensión de cómo viven y mueren las estrellas.

A pesar del momento difícil que estoy atravesando, encontré algo de consuelo al escribir esta publicación. Espero que te ofrezca, lector, una pequeña ventana a este extraño rincón del universo, y quizás un recordatorio de que incluso en el caos, algo extraordinario puede surgir.

Fuentes:

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