Un equip d’astrònoms liderat per l’ICE-CSIC ha analitzat per primera vegada una llarga observació a la ràdio d’una estrella ‘scallop-shell’ en un estudi pioner. L’equip va observar l’estrella utilitzant el Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT), ubicat a Pune (Índia), i la va relacionar amb la informació fotomètrica del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA i la Xarxa Global de Telescopis de l’Observatori Les Cimeres.
Les estrelles ‘scallop-shell’ (petxina de vieira), són una classe de nanes M joves recentment descoberta. Més del 70% de les estrelles de la Via Làctia són nanes M, tot i que només hi ha unes 50 estrelles d’aquest tipus confirmades recentment. Mostren una variabilitat periòdica, amb caigudes a la llum òptica que són una indicació de material que enfosqueix l’òrbita a uns pocs radis estel·lars per sobre de la superfície, cosa que no s’observa a les nanes M habitualment. L’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC) ha liderat la primera anàlisi d’una llarga observació de ràdio d’aquest tipus d’estrelles a un estudi pioner publicat a Astronomy & Astrophysics Letters.
L’estudi detallat d’aquest tipus de sistemes, que combina observacions òptiques i de ràdio, permet als astrònoms i astrònomes inferir informació sobre la naturalesa del material opac que orbita al voltant de l’estrella i el magnetisme estel·lar, dues característiques que no estan bé caracteritzades en aquestes fonts. L’equip, liderat per la investigadora predoctoral de l’ICE-CSIC Simranpreet Kaur, va analitzar les dades de dues observacions de ràdio de 7 hores de durada a baixes freqüències (per sota del rang dels gigahertzs) d’una estrella scallop-shell. Van trobar una inversió de polarització de curta durada en les dues observacions, cosa que no s’havia observat en cap altre estel fins ara. En astrofísica, la polarització de la llum pot oferir informació sobre els camps magnètics a les regions emissores.
La font, anomenada 2MASS J05082729−2101444, és una estrella ‘scallop-shell’ de 25 milions d’anys d’antiguitat. Va ser observada amb el Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) ubicat a Pune (Índia), cobrint el 88% del període fotomètric de 6,7 hores en cadascuna de les dues observacions. L’equip la va relacionar amb la informació fotomètrica del telescopi Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA i l’Observatori Las Cumbres.
“Aquesta ha estat la meva primera experiència pràctica amb observacions de ràdio in situ i va ser una oportunitat d’aprenentatge fascinant. Fins i tot vaig tenir la sort de veure un lleopard a la zona salvatge al voltant dels telescopis! I ara, amb els resultats que hem obtingut fins ara, aquest estudi ha obert la porta a l’ús d’observacions de ràdio per estudiar estrelles ‘scallop-shell’, demostrant que no estan limitades només a la investigació òptica i ampliant les formes en què podem comprendre aquests sistemes únics”, afirma la investigadora de l’ICE-CSIC Simranpreet Kaur, primera autora de l’article.
Els investigadors de l’ICE-CSIC han treballat en contacte estret amb diversos membres internacionals del consorci espanyol i alemany CARMENES. Des del 2016, la col·laboració CARMENES ha dut a terme un estudi d’exoplanetes de 750 nits centrat al voltant de 300 nanes M. El cartografiat CARMENES proporciona així una visió global des de l’hemisferi nord dels sistemes estel·lars al voltant de properes estrelles nanes M i, alhora, genera un conjunt de dades únic per als estudis de les atmosferes, la rotació i l’activitat de les estrelles nanes M.
Un misteriós material en òrbita
Les estrelles ‘scallop-shell’, també conegudes com a variables periòdiques complexes, presenten depressions òptiques que no es poden explicar per taques estel·lars o per un exoplaneta en trànsit. L’equip creu que les masses de material que les envolten i que giren aproximadament en corrotació amb l’estrella a una distància d’uns quants radis estel·lars des de la superfície són les responsables de les depressions òptiques.
Les observacions van permetre detectar una emissió polaritzada molt clara a l’equip. La detecció d’una inversió de polarització a les dues observacions possiblement indiqui emissions de ràdio aurorals. “Creiem que som testimonis de la presència de dos mecanismes a les dues observacions: un és més o menys persistent, i és probablement el que anomenem emissió de ‘girosincrotró’, causada per partícules lleugerament relativistes que giren en espiral al voltant de les línies del camp magnètic . El segon, que anomenem ‘màser de ciclotró d’electrons’, s’ha vist directament al sistema Júpiter-Ío i consisteix en l’emissió esporàdica d’ones electromagnètiques intenses i altament polaritzades dirigides al llarg de feixos col·limats”, diu Simranpreet Kaur.
“Aquest fenomen és produït per partícules que viatgen cap a la superfície estel·lar i oscil·len juntes a la mateixa freqüència i fase, i és en realitat la contrapart en ràdio de l’emissió òptica auroral planetària, causada per l’excitació de les molècules atmosfèriques quan són impactades per partícules carregades”, afegeix Kaur. La freqüència d’aquest tipus d’emissió també aporta informació directa sobre el camp magnètic de l’estrella.
L’origen i la naturalesa de les masses de material continuen sent un misteri: podrien ser gas o pols, i podrien procedir de l’estrella o del disc de pols i runes orbitant al voltant de l’estrella. “Amb la informació òptica i de ràdio disponible, el nostre equip s’inclina per diverses hipòtesis. Una és que el material s’origina en un petit planeta en evaporació, que orbita a prop del radi de corrotació. Tot i això, per demostrar-ho necessitarem més confirmacions a partir de futures observacions”, apunta Simranpreet Kaur.
L’equip està analitzant actualment tres observacions llargues més del GMRT realitzades el setembre de 2024 i ha obtingut l’aprovació per dur a terme diverses observacions de seguiment amb diferents instal·lacions el 2025, amb la finalitat d’aprofundir en la relació entre les molt peculiars corbes de llum òptica i de ràdio, i els mecanismes que hi ha darrere d’elles.
“A més de caracteritzar aquesta font particular, aquest estudi addicional podria donar llum sobre allò que orbita a prop de l’estrella i si l’emissió de ràdio està relacionada amb ella o no”, afirma Víctor Béjar, investigador de l’Institut d’Astrofísica de Canàries (IAC), coautor de l’estudi.
“Aquesta recerca, en última instància, fomentarà l’interès per les estrelles ‘scallop-shell’ dins de la radioastronomia de baixa freqüència, que ja està entrant en una era daurada gràcies també a les noves i futures instal·lacions de ràdio com SKA i LOFAR”, afegeix Daniele Viganò, científic de l’ICE-CSIC i de l’IEEC.
Article de referència:
‘Hints of auroral and magnetospheric polarized radio emission from the scallop-shell star 2MASS J05082729−210144’, publicado en Astronomy & Astrophysics Letters en noviembre de 2024. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202452037
Il·lustració d’una estrella nana M coberta de taques estel·lars. Versió retallada de la imatge de NASA/ESA/STScI/G. Bacon.