Estrellas binarias explosivas III: El disco inquieto de la Nova enana

De la última comunicación sabemos que cada 10.000 años ocurre una erupción Nova que dura unas pocas semanas. ¿Y qué pasa entre estos episodios? ¿Es una estrella aburrida e inerte? ¡Por ningún motivo! Recordemos que existe aquel flujo de gas, de la estrella secundaria hacia el disco, y después, el paso del disco hacia la superficie de la enana blanca. Este proceso es bastante complicado y revela detalles interesantes sobre la física de un disco de acreción. Por ejemplo, en muchos casos este flujo de gas no es constante, y tampoco la pasada del gas del disco externo hacia su interior. Este último especialmente depende de muchos parámetros, entre ellos la temperatura, densidad y viscosidad del gas en el disco. Los modelos calculados para tales discos revelan que hay dos estados posibles del disco: un estado caliente y denso, que permite la caída fácil de mucho material en corto tiempo, y un estado más frío con viscosidad baja en el cual el gas se queda donde llegó originalmente, esto es, a las partes externas del disco, sin caerse al centro. Por ello, si el disco está en su estado frío, el gas que llega desde la estrella secundaria se acumula en su exterior. Después de un cierto tiempo, la densidad creciente en el disco externo permite cambiarse a su estado caliente, aumentando repentinamente la caída de gas hacia el interior y su acumulación final en la superficie de la enana blanca. En este proceso la energía potencial del gas que estaba en el exterior se transforma en energía cinética y finalmente a radiación electromagnética emitida por el disco. Por eso, el disco se pone mucho más brillante, típicamente por un factor 100, y esto puede durar desde pocos días hasta unas dos semanas. Sin embargo, durante ese proceso se vacía el disco, en forma parcial o total, llegando a densidades tan bajas que ya no puede suportar su estado caliente y necesariamente retorna a su estado frío. Se completa el ciclo. Es un ciclo solo del disco de acreción, sin participación activa ni de la enana blanca, ni de la estrella secundaria. Este fenómeno se llama "erupciones tipo Nova enana" y se observa en muchos binarias cataclísmicas. Las erupciones se repiten en forma semi-regular, con intervalos entre pocos días y 30 años, cada Nova enana tiene su intervalo típico, característico para ella.

Hay varios detalles muy interesantes en esto, por ejemplo las Novas enanas tipo SU Ursae Majoris que muestran dos tipos diferentes de erupciones en la misma estrella, probablemente causados por una deformación excéntrica del disco durante la erupción. Otros binarias cataclísmicas, los "Polares", contienen enanas blancas con campos magnéticos muy fuertes, que inhiben la formación de un disco: el flujo de gas desde la secundaria está dirigido directamente, a lo largo de las líneas magnéticas, hacia los polos de la enana blanca, donde se acumula el hidrógeno. Por eso, las Polares no demuestran erupciones del tipo Nova Enana, porque no tienen disco, pero pueden explotar como Nova Clásica.

El estudio de la física de los discos de acreción es fascinante e importante, también en contextos más generales: nuestro Sistema Solar, y en particular los planetas se formaron desde un disco. Hasta hoy, Saturno tiene numerosos anillos de partículas de hielo de diferentes tamaños que se presentan en su conjunto como un disco alrededor del planeta. La Vía Láctea es nada menos que un disco inmenso, y alrededor de cualquier agujero negro, sea estelar o súper masivo en el centro de una galaxia, hay un disco de acreción que nos dice algo sobre la vecindad inmediata del agujero negro. Lo mismo vale para los cuásares y los núcleos galácticos activos. Sin embargo, los laboratorios más apropiados y accesibles para investigar los procesos en discos de acreción son las estrellas variables cataclísmicas, porque allí podemos estudiar varios estados del disco, muchas veces en la misma binaria, con la misma configuración, y en escalas de tiempo cómodos para un ser humano que, desafortunadamente, no puede esperar millones o mil millones de años para obtener un resultado de relevancia astrofísica.


A veces, se confunden los términos "Nova", aquí explicados, con las de una "Supernova". Este último es resultado de un proceso muy diferente: la muerte violenta de una estrella de alta masa, que ya no puede generar energía por fusión nuclear en su centro. Por eso sufre el colapso total de sus zonas centrales, mientras las capas exteriores son expulsados con velocidades muy grandes (más de 10.000 kilómetros por segundo), formando una nebulosa que se expande diluyéndose por muchos milenios después del evento. El resultado final puede se una estrella de neutrones (mucho más compacta que la enana blanca), un agujero negro o nada, esto es, la disolución total de la estrella. Obviamente, el evento "Supernova" puede ocurrir una sola vez en la vida de una estrella, mientras que los fenómenos "Novas clásica" y "Nova enana" pueden repetirse muchas veces para una misma estrella.

Una pregunta al final: ¿Cual es el destino de una binaria cataclísmica, considerando miles de millones de años, después de innumerables erupciones Nova clásica y/o Nova enana? En principio hay dos posibilidades: si la transferencia de masa es tan grande, que la enana blanca acumula más masa que la que pierde durante las erupciones Nova, podría aumentar su masa, hasta llegar al "límite de Chandrasekhar" de 1.44 masas solares, el límite máximo teórico para una enana blanca. Sobrepasando este límite, la enana blanca explotará como una Supernova de tipo Ia, y se desintegrará totalmente. Su compañera podría sobrevivir este evento, viajar eternamente por la Vía Láctea a alta velocidad o escaparse al espacio intergaláctico. La otra posibilidad es que la enana blanca se mantenga bajo el límite crítico. En ese caso, la secundaria pierde masa en forma continua, hasta terminar las fusiones nucleares en su centro, para convertirse poco a poco en una enana café, y finamente en un planeta. El sistema binario pasa, en esta etapa, por un período orbital mínimo, de entre 60 y 80 minutos. Finalmente, la secundaria se desgasta totalmente y desaparece, quedando como sobreviviente una enana blanca solitaria.

Los seres humanos viven en parejas, las estrellas también. Muchas de las parejas humanas, sin embargo, se separan, se divorcian… ¿Y las parejas de estrellas? Es muy difícil que se separen los componentes de una estrella binaria. Hay solo dos posibilidades: la primera es la explosión de la supernova Ia mencionada, en la cual la ex-estrella primaria desaparece. Si la secundaria sobrevive, mantiene – por la ley de inercia – su alta velocidad orbital anterior, corriendo a increíbles cientos de kilómetros por segundo por la Vía Láctea. A veces se observan estrellas solitarias en rápido movimiento, y se cree que adquirieron su velocidad por su vida anterior en una binaria. La segunda posibilidad es la fusión de dos estrellas en una: también un evento violento, que podría ser la fuente de los enigmáticos destellos de rayos gama, que son tan energéticos que pueden ser observados a través de todo el Universo. Pero ese es otro tema.