La cámara HiPERCAM del Gran Telescopio Canarias revela nuevos detalles sobre las estrellas más antiguas de la Vía Láctea

Una investigación internacional determina por primera vez la masa y el radio de una de las estrellas más antiguas de nuestra galaxia. Los datos validan los modelos teóricos sobre este tipo de estrellas que revelan información importante sobre la estructura y la evolución química de la Vía Láctea. En el estudio se ha utilizado la cámara de alta velocidad HiPERCAM instalada en el Gran Telescopio Canarias (GTC). Los resultados de este trabajo se publican en la revista Nature Astronomy.

Un equipo internacional de científicos, liderado por la Universidad Politécnica de Cataluña BarcelonaTech (UPC) y el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), ha medido por primera vez los parámetros estelares de una clase de estrellas muy antiguas, conocidas como estrellas subenanas frías, en nuestra galaxia, la Vía Láctea. Las subenanas frías son estrellas como nuestro sol, pero de masa y radio más pequeños, que se formaron durante las primeras fases de la Vía Láctea y, por tanto, contienen información importante sobre su estructura y evolución química. El trabajo, cuyos resultados se publican en la revistaNature Astronomy, se ha realizado en colaboración con investigadores de la Universidad de Sheffield, el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), el Gran Telescopio Canarias (GTC) y los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia de Ciencias de China.

Cuando se formó la Vía Láctea, las primeras estrellas se componían principalmente de hidrógeno. En Astronomía, los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio se consideran metales, y su presencia en una estrella determina su metalicidad. A medida que fue pasando el tiempo y las estrellas fueron muriendo, el contenido de estos metales en la Galaxia y en las nuevas estrellas que nacían fue aumentando. Por tanto, las estrellas viejas tienen una metalicidad menor que las más jóvenes.

«Dado que las estrellas viejas pueden revelar información importante sobre la estructura y la evolución química de la Vía Láctea, es esencial que los astrónomos determinen sus parámetros estelares más básicos, como la masa y el radio», explica el investigador de la UPC y del IEEC Alberto Rebassa Mansergas, que ha dirigido el estudio.

Como las estrellas viejas son débiles y relativamente raras en los alrededores del Sol, se conocen pocas subenanas frías en nuestra vecindad solar. Actualmente, se han estimado los radios de 88 subenanas frías y las masas de solo seis. Pero hasta ahora no se habían podido medir con precisión los valores de la masa y el radio de una misma subenana fría, lo que dejaba los estudios teóricos sobre estas estrellas sin poderse probar.

En su trabajo, los investigadores han encontrado la primera subenana fría en un sistema binario eclipsante, un sistema en el que dos estrellas se orbitan mutuamente; en este caso, se trata de una subenana fría y una enana blanca. «Los sistemas binarios eclipsantes ofrecen la oportunidad de medir directamente las masas y los radios de las dos componentes con una precisión sin precedentes», afirma Rebassa Mansergas.

Una cámara revolucionaria

Hasta ahora los científicos no disponían de una cámara lo suficientemente potente como para poder obtener mediciones precisas deparámetros estelares como la masa y el radio. Gracias a la utilización del instrumento HiPERCAM instalado en el GTC, en el Observatorio de Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), combinado con datos del instrumento X-Shooter del telescopio Unit 2 del Very Large Telescope (VLT) de ESO, en Chile, los investigadores pudieron medir la estrella con precisión por primera vez.

El artículo es el primero que se publica utilizando datos de HiPERCAM. Según Vikram Dhillon, astrofísico de la Universidad de Sheffield, investigador afiliado del IAC y uno de los responsables del proyecto HiPERCAM: “Ahora que hemos podido medir el tamaño de la estrella, vemos que está en consonancia con la teoría de la estructura estelar, por lo que estos resultados no sólo prueban los modelos, sino que también verifican el potencial de HiPERCAM”.

Esta cámara puede tomar una fotografía cada milisegundo, a diferencia de otras cámaras que, normalmente, sólo toman una fotografía cada pocos minutos. Gracias a su alta velocidad de captura, HiPERCAM permite estudiar con un detalle sin precedentes objetos con rápidas variaciones de brillo, debido a fenómenos como eclipses y explosiones. “Las observaciones con HiPERCAM en GTC han permitido obtener las curvas de luz de este objeto hasta en 5 filtros de forma simultánea con una precisión sin precedentes, gracias a la capacidad colectora del telescopio. La combinación HiPERCAM/GTC abre una puerta extraordinaria al estudio de objetos con variabilidad temporal, proporcionando una resolución temporal altísima y cubriendo un rango de magnitudes inalcanzable para otros telescopios”, explica Antonio Cabrera, jefe de operaciones científicas del GTC.

Con estos valores, junto con la temperatura y la luminosidad de la estrella subenana fría, también obtenidas a partir de las observaciones, los autores fueron capaces de validar, por primera vez, la relación teórica entre la masa, el radio, la luminosidad y la temperatura de las estrellas más antiguas de nuestra galaxia.

El Gran Telescopio Canarias y los Observatorios del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) forman parte de la red de Insfraestructuras Científicas y Técnicas Singulares (ICTS) de España.

Artículo: Alberto Rebassa-Mansergas et al. “Accurate mass and radius determinations of a cool subdwarf in an eclipsing binary”, Nature Astronomy, 2019; DOI: 10.1038/s41550-019-0746-7