Cuando nació nuestro Sol, hace 4.500 millones de años, casi con toda seguridad formaba parte de una pareja, pero eso también ocurre con todas las demás estrellas similares al Sol del universo.
Muchas estrellas tienen compañeras, incluida nuestra vecina más cercana, Alfa Centauri, un sistema triple. Los astrónomos llevan mucho tiempo buscando una explicación. ¿Nacen así los sistemas estelares binarios y triples? ¿Capturó una estrella a otra? ¿A veces se separan las estrellas binarias y se convierten en estrellas solitarias?
Los astrónomos incluso han buscado una compañera de nuestro Sol, una estrella apodada Némesis porque, supuestamente, habría desviado un asteroide hacia la órbita terrestre, que chocó contra nuestro planeta y exterminó a los dinosaurios. Pero nunca la han encontrado.
La nueva teoría se basa en un sondeo de radio de una gigantesca nube molecular llena de estrellas recién formadas en la constelación de Perseo y en un modelo matemático que solo puede explicar las observaciones de Perseo si todas las estrellas similares al Sol nacen con una compañera.
«Decimos que sí, probablemente hubo una Némesis hace mucho tiempo», afirma el coautor Steven Stahler, astrónomo investigador de la Universidad de California en Berkeley.
«Realizamos una serie de modelos estadísticos para ver si podíamos explicar las proporciones relativas de estrellas jóvenes solitarias y binarias de todas las separaciones en la nube molecular de Perseo. El único modelo que podía reproducir los datos era aquel en el que todas las estrellas se forman inicialmente como binarias amplias. Luego, estos sistemas se estrechan o se separan en el transcurso de un millón de años».
En el nuevo estudio, que ha sido aceptado por Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, «amplia» significa que las dos estrellas están separadas por más de 500 unidades astronómicas, o UA. Una unidad astronómica es la distancia media entre el Sol y la Tierra (93 millones de millas). Una compañera binaria amplia de nuestro Sol habría estado 17 veces más lejos de él que su planeta más distante actual, Neptuno.
Según este modelo, lo más probable es que la hermana del Sol escapara y se mezclara con todas las demás estrellas de nuestra región de la galaxia Vía Láctea, para no volver a ser vista.
«La idea de que muchas estrellas se forman con una compañera ya se había planteado, pero la pregunta es: ¿cuántas?», afirma la autora principal, Sarah Sadavoy, becaria NASA Hubble en el Observatorio Astrofísico Smithsoniano. «Según nuestro sencillo modelo, decimos que casi todas las estrellas se forman con una compañera. Por lo general, se considera que la nube de Perseo es una región típica de formación de estrellas de baja masa, pero nuestro modelo debe comprobarse en otras nubes».
Una camada de estrellas
La idea de que todas las estrellas nacen en una camada tiene implicaciones que van más allá de la formación estelar, incluso para los orígenes mismos de las galaxias, afirma Stahler.
Durante cientos de años, los astrónomos han especulado sobre los orígenes de los sistemas estelares binarios y múltiples y, en años recientes, han creado simulaciones informáticas de masas de gas en colapso para comprender cómo se condensan bajo la gravedad y forman estrellas. También han simulado la interacción de muchas estrellas jóvenes recién liberadas de sus nubes de gas. Hace varios años, una de esas simulaciones informáticas, realizada por Pavel Kroupa, de la Universidad de Bonn, lo llevó a concluir que todas las estrellas nacen como binarias.
Sin embargo, las pruebas directas obtenidas mediante observaciones han sido escasas. Cuando los astrónomos observan estrellas cada vez más jóvenes, encuentran una proporción mayor de binarias, pero el motivo sigue siendo un misterio.
«La clave aquí es que nadie había estudiado antes de forma sistemática la relación entre las estrellas jóvenes reales y las nubes que las engendran», afirma Stahler. «Nuestro trabajo supone un avance para comprender tanto cómo se forman las binarias como el papel que desempeñan en la evolución estelar temprana. Ahora creemos que la mayoría de las estrellas, bastante parecidas a nuestro propio Sol, se forman como binarias. Creo que hasta la fecha tenemos las pruebas más sólidas a favor de esta afirmación».
Desde hace varias décadas, los astrónomos saben que las estrellas nacen dentro de capullos con forma de huevo llamados núcleos densos, dispersos por inmensas nubes de hidrógeno molecular frío que son viveros de estrellas jóvenes. A través de un telescopio óptico, estas nubes parecen agujeros en el cielo estrellado, porque el polvo que acompaña al gas bloquea la luz tanto de las estrellas que se forman en su interior como de las que hay detrás. Sin embargo, pueden estudiarse con radiotelescopios, ya que los granos de polvo frío que contienen emiten en esas longitudes de onda de radio, y el polvo no bloquea las ondas de radio.
La nube molecular de Perseo es uno de esos viveros estelares: está a unos 600 años luz de la Tierra y mide unos 50 años luz de largo. El año pasado, un equipo de astrónomos completó un sondeo que utilizó el Very Large Array, un conjunto de antenas de radio en Nuevo México, para observar la formación estelar dentro de la nube. El sondeo, denominado VANDAM, fue el primero en abarcar todas las estrellas jóvenes de una nube molecular, es decir, las estrellas de menos de unos 4 millones de años, tanto solitarias como múltiples, con separaciones de hasta unas 15 unidades astronómicas. Esto permitió detectar todas las estrellas múltiples separadas por más o menos la distancia del radio de la órbita de Urano —19 UA— en nuestro sistema solar.
Stahler se enteró del sondeo después de ponerse en contacto con Sadavoy, integrante del equipo VANDAM, y pedirle ayuda para observar estrellas jóvenes dentro de núcleos densos. El sondeo VANDAM elaboró un censo de todas las estrellas de Clase 0 —las de menos de unos 500.000 años— y de Clase I —las que tienen entre unos 500.000 y 1 millón de años—. Ambos tipos son tan jóvenes que aún no queman hidrógeno para producir energía.
Sadavoy tomó los resultados de VANDAM y los combinó con observaciones adicionales que revelan los capullos con forma de huevo alrededor de las estrellas jóvenes. Estas observaciones adicionales proceden del sondeo del Cinturón de Gould, realizado con SCUBA-2 en el Telescopio James Clerk Maxwell, en Hawái. Al combinar ambos conjuntos de datos, Sadavoy pudo elaborar un censo sólido de las poblaciones de estrellas binarias y solitarias en Perseo: encontró 55 estrellas jóvenes en 24 sistemas de estrellas múltiples, todas binarias salvo cinco, y 45 sistemas de estrellas solitarias.
A partir de estos datos, Sadavoy y Stahler descubrieron que todos los sistemas binarios ampliamente separados —aquellos cuyas estrellas están a más de 500 UA— eran muy jóvenes y contenían dos estrellas de Clase 0. Además, estos sistemas tendían a alinearse con el eje largo del núcleo denso con forma de huevo. Las estrellas binarias de Clase I, algo más antiguas, estaban más cerca unas de otras, muchas separadas por unas 200 UA, y no mostraban tendencia a alinearse con el eje del huevo.
«No es aleatorio»
«Esto no se había observado ni comprobado antes, y es sumamente interesante», afirma Sadavoy. «Todavía no sabemos exactamente qué significa, pero no es aleatorio y debe revelar algo sobre cómo se forman las binarias amplias».
Los investigadores modelaron matemáticamente varios escenarios para explicar esta distribución de estrellas, suponiendo tiempos típicos de formación, separación y reducción de las órbitas. Concluyeron que la única forma de explicar las observaciones era suponer que todas las estrellas con masas similares a la del Sol comienzan como binarias amplias de Clase 0 en núcleos densos con forma de huevo, tras lo cual alrededor del 60 % se separa con el tiempo. Las demás se acercan para formar binarias estrechas.
«A medida que el huevo se contrae, la parte más densa se desplaza hacia el centro y allí se forman dos concentraciones de densidad a lo largo del eje central. En algún momento, estos centros de mayor densidad colapsan sobre sí mismos debido a su propia gravedad y forman estrellas de Clase 0».
«En nuestro modelo, las estrellas solitarias de baja masa, similares al Sol, no son primordiales», afirma Stahler. «Son el resultado de la separación de sistemas binarios».
Su teoría implica que cada núcleo denso, que suele contener unas pocas masas solares, convierte en estrellas el doble de material de lo que se creía hasta ahora.
Durante más de 20 años, Stahler ha pedido a los radioastrónomos que comparen los núcleos densos con las estrellas jóvenes que albergan, para poner a prueba las teorías sobre la formación de estrellas binarias. Los nuevos datos y el modelo son un punto de partida, pero hace falta más trabajo para comprender la física que subyace a esta regla.
Es posible que pronto se realicen estudios de este tipo, afirma Sadavoy, porque las capacidades del VLA, ahora mejorado, y del telescopio ALMA en Chile, junto con el sondeo SCUBA-2 en Hawái, «por fin nos están proporcionando los datos y las estadísticas que necesitamos. Esto cambiará nuestra comprensión de los núcleos densos y de las estrellas que albergan».
