Investigadors de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB) i de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) han liderat, en col·laboració amb l’Institut d’Astrofísica de les Canàries (IAC), l’estudi observacional més ampli realitzat fins ara sobre estrelles massives fugitives, el qual inclou l’anàlisi de la rotació i la binarietat d’aquestes estrelles a la nostra galàxia. Aquest treball, publicat avui a la revista
Astronomy & Astrophysics, aporta nova llum sobre com aquests «fugitius» estel·lars són llançats a l’espai i què revelen les seves propietats sobre els seus orígens fascinants.
Les estrelles fugitives són estrelles que es desplacen per l’espai a velocitats inusualment altes, allunyant-se dels llocs on van néixer. Durant molt temps, la manera com les estrelles massives fugitives adquireixen aquestes grans velocitats ha estat un enigma per als astrònoms, que han considerat dos escenaris principals: un impuls violent quan una companya explota com a supernova en un sistema binari, o bé una expulsió gravitatòria durant encontres propers en cúmuls estel·lars densos i joves. Tanmateix, la contribució relativa d’aquests escenaris per explicar les estrelles massives fugitives a la Via Làctia no estava ben determinada.
Fent ús de dades de la missió Gaia, de l’observatori espacial de l’Agència Espacial Europea (ESA), i d’informació espectroscòpica d’alta qualitat del projecte IACOB, l’equip ha analitzat 214 estrelles de tipus O, els objectes estel·lars més massius i lluminosos de la galàxia. Amb l’objectiu d’entendre’n l’origen, han combinat mesures de la velocitat de rotació i de la binarietat (si l’estrella està sola o forma part d’un sistema binari) per a la mostra més gran d’estrelles fugitives de tipus O galàctiques.
A quina velocitat es desplacen i roten les estrelles fugitives?
Els resultats revelen que la majoria d’estrelles fugitives roten lentament, però aquelles que roten més ràpidament tenen més probabilitats d’estar relacionades amb explosions de supernova en sistemes binaris. Les estrelles amb les velocitats de desplaçament més elevades tendeixen a ser solitàries, fet que suggereix que van ser expulsades de cúmuls joves mitjançant interaccions gravitatòries.
També s’ha trobat que gairebé no hi ha estrelles fugitives que es moguin ràpidament i alhora rotin ràpidament, fet que posa de manifest possibles vies de formació diferenciades.
L’equip també ha identificat dotze sistemes binaris fugissers, inclosos tres sistemes binaris de raigs X d’alta massa coneguts (sistemes que allotgen estrelles de neutrons o forats negres) i tres sistemes binaris més que són candidats prometedors a allotjar forats negres.
Les estrelles massives fugitives no són només curiositats astronòmiques: influeixen en l’evolució de les galàxies. En escapar del lloc de naixement, dispersen elements pesants i radiació pel medi interestel·lar, i modelen futures generacions d’estrelles i planetes. Comprendre’n l’origen ajuda a refinar els models d’evolució estel·lar, d’explosions de supernova i, fins i tot, de la formació de fonts d’ones gravitatòries. En aquest context, aquest treball serveix com a referent per a la propera generació de models d’evolució de sistemes binaris massius i d’estudis dinàmics de cúmuls.
«Aquest és l’estudi observacional més complet d’aquest tipus a la Via Làctia», afirma la investigadora Mar Carretero Castrillo, de l’ICCUB i l’IEEC, autora principal de l’estudi i actualment a l’Observatori Europeu Austral. «En combinar la informació sobre la rotació i la binarietat, proporcionem a la comunitat restriccions sense precedents sobre com es formen aquestes estrelles fugitives».
Les futures publicacions de dades de Gaia i els estudis espectroscòpics en curs permetran als astrònoms ampliar aquestes mostres i traçar les trajectòries passades de les estrelles fugitives, connectant-les amb els llocs de naixement. Això ajudarà a confirmar quins mecanismes de formació dominen i a descobrir nous candidats a sistemes exòtics, com ara sistemes binaris d’alta energia que allotgen parelles d'estrelles de neutrons o forats negres.