BINARIAS DE RAYOS X DE BAJA MASA (LMXB)

Supongamos ahora que tenemos inicialmente un sistema binario con una estrella de 20 MS y otra de 8 MS. Para tener mayor claridad nos referiremos  a la estrella de 20 MS como Estrella #1 y a la estrella de 8 MS como Estrella #2. La órbita puede ser inicialmente elíptica, pero las fuerzas de marea  (iguales a las que producen la Luna y el Sol, y dan lugar a las mareas en la Tierra) tienden a volverla circular (esto no sucede en las binarias de rayos X de alta masa porque la distancia que separa a las estrellas en ese caso es mucho mas grande, y esto hace que las mareas sean mucho mas débiles).

Ahora bien, si tomamos en cuenta todas las fuerzas que están involucradas en el sistema binario,  podemos trazar un conjunto de superficies. La característica más importante de cada una de estas superficies es que para pasar de una a otra se necesita cierta cantidad de energía. Por ejemplo, imaginémonos una pista de patineta (como en la figura). Para pasar de un “valle” al otro se necesita que la patineta adquiera cierta velocidad (o energía cinética), sino se quedará atrapada en el mismo valle.

Algo similar sucede con el gas estelar en las superficies antes mencionadas. El gas puede moverse libremente dentro de una de las superficies, pero para pasar a la otra necesita cierta cantidad de energía. Las superficies más cercanas a las estrellas obtenidas mediante el estudio de las fuerzas involucradas son llamadas Lóbulos de Roche. La “montaña” que se encuentra entre ellas recibe a su vez el nombre de primer punto lagrangiano.

Mientras las estrellas se encuentran en la secuencia principal su diámetro es mucho menor que su lóbulo de Roche (1). Sin embargo, llega un punto en el que la Estrella #1 (recordemos que ésta evoluciona más rápido ya que es más masiva) llega a su etapa de gigante roja, expandiéndose. Esta expansión hace que la estrella llene su lóbulo de Roche. Cuando el gas de la Estrella #1 cruza el punto Lagrangiano, la Estrella #2 lo jala gravitacionalmente. Se forma un disco de acreción alrededor de la Estrella #2, y empieza a “chuparle” masa a la Estrella #1 (2).

 

Esto hace que los papeles cambien y la Estrella #2 se haga más masiva y la Estrella #1 se vuelva la menos masiva (3).

 

Es importante notar que el gas cedido por la Estrella #1 proviene de sus capas externas; es decir, el núcleo no sufre ningún cambio. Por otro lado, lo que determinará la muerte de la estrella es qué tan masivo es su núcleo. Por lo tanto, a pesar de que en estos momentos la Estrella #1 es menos masiva que la Estrella #2, la Estrella #1 sufre una explosión de supernova. Como la Estrella #2 es más masiva en este momento, la explosión de supernova no es lo suficientemente fuerte como para sacarla volando y destruir el sistema binario.

 

En este momento la Estrella #2 y el objeto compacto (antes la Estrella #1) se quedan orbitando uno alrededor del otro. La Estrella #2 es una estrella muy masiva (casi siempre de color azul) y por lo tanto arroja mucho viento estelar. Es por esto que ahora la estrella #2 le cede masa al objeto compacto vía viento estelar.

 

La Estrella #2 sigue evolucionando y llega un punto en que se convierte en una gigante roja también, llenando su lóbulo de Roche.  En este momento se inicia una segunda etapa de transferencia de masa vía el lóbulo de Roche. Esta segunda etapa es mucho más dramática que la primera ya que en este el componente que recibe masa es un objeto compacto, por lo que el campo gravitacional cerca de su superficie es sumamente alto.

 

Cuando hay acreción de masa debido a la fuerza gravitacional una gran cantidad de energía es liberada. La fuerza de gravedad acelera el gas, haciendo que su energía cinética aumente, es decir, se convierte energía potencial en energía cinética. Esta energía cinética a su vez es disipada en forma de calor o radiación, o ambas. En este caso, recordemos que uno de los elementos del sistema binario es un objeto compacto. Si comparamos un objeto compacto con una estrella de la misma masa pero en la secuencia principal encontraremos que el diámetro del objeto compacto sería mucho menor que el de la estrella. Es por esto que el gas llega a la superficie con una velocidad mayor, liberando más energía y calentándose a temperaturas mucho más altas. De hecho alcanza varios millones de grados, lo que hace que nosotros lo observemos como rayos X (como punto de comparacion, recordemos que la superficie del Sol esta a unos 5 800°C, y brilla principalmente en luz visible, amarilla).