Árbol de Variabilidad

El diagrama que se muestra aquí se llama árbol de variabilidad. Es útil para ver los diferentes tipos de variables y su relación entre sí en un diagrama. Te lo explicamos con palabras a continuación.

El árbol de variabilidad se presenta al revés, con el tronco en la parte superior y las ramas extendiéndose hacia abajo. En la parte superior dice solo "árbol de variabilidad"; este es el maletero. La primera división hacia abajo distingue variables extrínsecas (a la izquierda) y variables intrínsecas (a la derecha).

Variabilidad Extrínseca

La variabilidad extrínseca es realmente solo una variabilidad aparente, lo que significa que el objeto en sí no se vuelve más brillante o más débil en general, pero su brillo parece estar cambiando porque la orientación del objeto hacia nosotros está cambiando, o algún otro objeto está interviniendo, a lo largo de nuestra línea de visión hasta el objeto.

Las ramas principales de las variables estelares extrínsecas son las estrellas y los asteroides. Ambos pueden variar debido a la rotación o los eclipses. Las estrellas también pueden variar debido a la microlente.

Para las estrellas, la mayor parte de la variabilidad extrínseca se debe a la ocultación, cuando parte o la totalidad de la luz de la estrella no nos llega. Esto ocurre más comúnmente en sistemas estelares binarias eclipsantes. Si la orientación de la órbita binaria está de canto hacia nosotros, entonces las estrellas se turnarán para moverse una frente a la otra, provocando cambios aparentes en el brillo llamados eclipses. Si las dos estrellas están muy juntas, sus capas exteriores pueden distorsionarse por su atracción gravitacional mutua, cambiando la forma del eclipse en la curva de luz. Un cambio de brillo similar, pero mucho más pequeño, ocurre cuando un planeta se mueve en su órbita alrededor de una estrella y bloquea una pequeña fracción de la luz de las estrellas para que no nos llegue. Esto se llama tránsito planetario.

Muchas estrellas tienen irregularidades en la superficie llamadas manchas estelares, causadas por fuertes líneas de campo magnético que atraviesan la atmósfera estelar. Los puntos suelen ser regiones más frías y más tenues en la superficie. Todas las estrellas giran, de modo que los puntos de las estrellas se mueven a través de nuestra línea de visión y luego hacia el lado más alejado de la estrella, y luego de regreso. Así es como la rotación provoca la variabilidad extrínseca.

La rotación o los eclipses también pueden causar variabilidad extrínseca para objetos no estelares como asteroides en nuestro sistema solar.

Un tipo muy raro de variabilidad extrínseca, microlente, provoca un brillo temporal de una estrella. Si un objeto masivo como una estrella o un agujero negro pasa frente a una estrella luminosa de fondo, la gravedad del objeto intermedio desviará los rayos de luz, enfocando más luz en nuestra dirección, como una lente. La microlente gravitacional se puede reconocer porque causa un brillo característico en forma de cúspide de la curva de luz y ocurre solo una vez.

Variabilidad Intrínseca

La variabilidad intrínseca es causada por cambios genuinos en la luminosidad del objeto observado.

Las ramas principales de las variables intrínsecas incluyen estrellas y núcleos galácticos activos, o AGN. Las estrellas pueden variar debido a cambios pulsantes, cataclísmicos, eruptivos, eclipsantes y seculares.

Los verdaderos cambios en la luminosidad total de un objeto ocurrirán si cambia de tamaño y/ó temperatura. Las estrellas pulsantes actualmente se vuelven más grandes y más pequeñas. Cuando se expanden, la superficie emisora ​​crece y se vuelven más brillantes; cuando se encogen de nuevo, se vuelven más tenues. Las pulsantiones de las capas exteriores de este tipo de estrellas variables suelen estar causadas por cambios en la opacidad (la capacidad de absorción de luz) del material de estas capas, un efecto denominado kappa mecanismo. Por ejemplo, como un estrella pulsante crece en tamaño, su capa exterior se enfría, permitiendo que los electrones se recombinen con los átomos. Luego, los átomos absorben menos presión de radiación hacia el exterior de la estrella y comienzan a caer hacia el centro de la estrella, lo que hace que se encoja. Sin embargo, a medida que esas capas externas vuelven a caer, se vuelven más densas y, por lo tanto, absorben más radiación y se calientan. El calentamiento reioniza los átomos (es decir, los despoja de sus electrones externos), de modo que ahora absorben más presión de radiación y son nuevamente expulsados. Así, la estrella se encoge y crece, provocando una variabilidad que se repite cíclicamente durante un período de tiempo, denominada variabilidad periódica.

Las variables cataclísmicas no pulsan. En su lugar, muestran poderosas explosivas. Por lo general, son sistemas binarios con una estrella compacta muy densa, sobrante del núcleo de una estrella ahora muerta, en órbita cercana con una estrella enana o gigante. La intensa gravedad de la estrella compacta separa el material de la superficie de su estrella vecina. Luego, ese material se arremolina hacia la estrella compacta, formando un disco de acreción de material que se calienta a medida que se acerca a la estrella densa y compacta. Si se acumula suficiente material en la estrella compacta, las altas temperaturas y densidades allí pueden reavivar la fusión nuclear en la superficie estelar, causando una erupción masiva y un brillo llamado nova. Si la explosión es lo suficientemente poderosa, puede destruir la estrella. Algunos tipos de supernova, también clasificadas como cataclísmicas, pueden ocurrir en una sola estrella muy masiva, cuando su núcleo deja de producir suficiente energía de radiación para sostener sus capas exteriores.

Otro tipo de variabilidad intrínseca se denomina eruptivas. Algunas estrellas con campos magnéticos muy fuertes pueden desencadenar llamaradas masivas desde sus superficies, provocando un aumento breve pero intenso de su luminosidad.

Algunas estrellas gigantes geniales pueden eclipsarse a sí mismas, en cierto sentido. A veces pueden expandirse y enfriarse, produciendo grandes nubes de polvo opaco que envuelven su luz óptica, provocando fuertes eventos de oscurecimiento.

Las estrellas evolucionan y cambian de forma natural a medida que cambia la composición y la densidad de su núcleo, lo que finalmente afecta también a las capas externas. Por lo general, esta evolución secular toma millones o miles de millones de años, pero algunos de los tipos más rápidos de evolución secular se pueden observar en escalas de tiempo humanas.

La otra rama principal de las variables intrínsecas son los núcleos galácticos activos (AGN), o cuasares. Hay agujeros negros supermasivos en los núcleos de prácticamente todas las galaxias, incluida nuestra propia Vía Láctea.

Si material como polvo y gas o incluso estrellas enteras cae hacia el agujero negro, ese material se calienta y se vuelve extremadamente luminoso. Las regiones internas turbulentas emiten en todo el espectro electromagnético, desde radio hasta rayos X, y esa emisión tiende a variar caóticamente debido a la naturaleza aleatoria de la turbulencia.

Fuente:

La imagen del árbol de variabilidad está tomada de una publicación de Gaia Collaboration, Eyer, L., Rimoldini, L., et al. 2019, Astronomy and Astrophysics, 623, A110.