Discos de Acreción en Sistemas Binarios II

Aunque el título asusta, por los comentarios recibidos en la parte anterior creo que luego no es para tanto y ha gustado bastante. Así que si no sabes de que va esto, échale un ojo a la parte anterior: Discos de Acreción en Sistemas Binarios I
¿Y cómo es posible que la materia caiga de una estrella a otra?

Se conocen varios mecanismos por los cuales puede ocurrir que la masa de una estrella comience a caer sobre su compañera. La más conocida, por ser la más abundante y la que se puede identificar más fácilmente es la llamada: “transferencia por desbordamiento del lóbulo de Roche”. Otro nombre que también impone “respeto”.

Para entender el lóbulo de Roche es necesario saber qué es el potencial gravitatorio. De una forma completamente metafórica un potencial gravitatorio puede entenderse como una sábana tremendamente elástica y estirada: cuando pones una masa en esa sábana, se hunde (más cuanto más masa sea). Esta deformación en la sábana provoca que otra masa que haya cerca tienda a caer en la deformación: es decir, sufre una fuerza de atracción que la hace ir hacia  el “pozo de potencial”.

Si el sistema está en rotación, como es nuestro caso, además de la gravedad entra en juego la fuerza centrífuga (que es una fuerza ficticia). Esto hace que un cuerpo tienda a caer en los pozos de potencial, pero también tiende a “salir” disparado lejos del sistema por la fuerza centrífuga. El resultado es que tenemos lo que se llama un “potencial efectivo”. En este caso recibe el nombre de Potencial de Roche, en honor al astrónomo que lo estudió: E. Roche

Veamos que forma tendría la “sábana” del potencial efectivo:

La figura bidimensional de abajo son las líneas de nivel de ese potencial (como las curvas de nivel de  un mapa) Fuente: Wikipedia

La figura bidimensional de abajo son las líneas de nivel de ese potencial (como las curvas de nivel de un mapa) Fuente: Wikipedia

Como veis, es una “sábana” en la que si estáis muy lejos, la fuerza centrífuga es más fuerte que la gravitatoria y tiene a haceros salir disparados. Sin embargo, en el centro hay dos “pozos”. Cada uno corresponde a cada estrella del sistema binario. Y hay una unión entre ambos pozos que es como un paso de montaña de un valle a otro: está alto, pero menos que las montañas a su alrededor.

Después de esta imagen, podéis empezar a imaginar que es eso de “desbordar el lóbulo”. Los Lóbulos de Roche son esa figura con forma de infinito que hay en el esquema, marcada con negrita. Esa figura es el potencial (la altura de la sábana) en el que justo hay un punto de paso entre ambos lóbulos. Aquí se ve mejor:

Los lóbulos de roche están marcados en negrita, y forman una especie de signo de infinito. Fuente: Accretion Power in Astrophysic

Los lóbulos de Roche están marcados en negrita, y forman una especie de signo de infinito. El punto de unión se llama L1 (Punto Lagrangiano 1) Fuente: Accretion Power in Astrophysics

Por tanto, el “desbordamiento del lóbulo” ocurre cuando una estrella comienza a crecer tanto que su materia llena completamente su lóbulo. Volviendo a la metáfora de la sábana, es como si empezara a llenarse de agua uno de los pozo ¿que ocurriría? que cuando llegara a cierto nivel el agua empezaría a pasar al otro agujero por la zona de unión:

Imagen1

La razón por la que una estrella comienza a expandirse es evolutiva: ocurre a consecuencia de un cambio en el funcionamiento del horno de fusión nuclear que es su interior.

En este proceso llegan a aumentar su tamaño enormemente. Para que os hagáis una idea, cuando al Sol le pase esto (en unos 5 mil millones de años) se expandirá hasta la órbita de Venus. Es decir, pasará de tener un radio de 700.000 km a uno de 108.000.000 km ¡aumentará más de cien veces su tamaño!

acrecion

Imagen artística (no vayáis a creer que es una fotografía) de un sistema binario con acreción por desbordamiento del lóbulo de Roche. En mi opinión el brillo del disco está muy exagerado. Fuente: Astrophysic Research institute (L.J.M. University)

Otros mecanismos de acreción:

  1. La “Acreción por Viento Estelar” se da en sistemas en los que hay una estrella extremadamente caliente en su superficie (Tipo O o Tipo B), acompañada por un “objeto compacto” (un agujero negro, una estrella de neutrones o una enana blanca).
    La superficie de la estrella es tan caliente en estos casos (entre 10000 y 40000  K) que el gas de su superficie escapa en forma de viento estelar.
    Si las partículas de gas pasan lo suficientemente cerca del objeto compacto compañero, caen en su pozo de potencial. En este caso este gas tiene más difícil formar un disco que en caso anterior, pero es perfectamente posible. Tendría esta pinta:

    m33x7

    Fuente: Asociación Astrohenares

  2. Hay otros sistemas, cuyas estrellas, lejos de tener órbitas circulares, tiene órbitas muy excéntricas (con una forma de elipse muy marcada, de hecho una circunferencia es una elipse de excentricidad=0).
    En estos casos, las estrellas pueden llegar a pasar muy cerca la una de la otra (ese momento de máximo acercamiento se llama periastro). Si la compañera es un objeto compacto, entonces puede caer materia desde la estrella hacia este objeto:

    Ambas estrellas orbitan alrededor del centro de masas común (situado en un foco de sus elipses) Fuente: Wikipedia

Hay más mecanismos, pero son más complicados y no quiero alargar más este post. Hubiera querido terminar el tema de los discos en este sgeundo post. Lo siento, ando con poco tiempo y este post queda ya un poco largo. Este fin de semana voy a estra completamente ausente. El lunes que viene colgaré la tercera y (esta vez sí) última parte. en ella responderé la cuestión ¿Sirven para algo?

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9 comentarios to “Discos de Acreción en Sistemas Binarios II”

  1. Gouki Says:

    ahora que porfin la he podido leer te digo que la entrada es muy interesante, no conocia los diferentes tipos de acrecion.
    saludos

  2. cuervosentado Says:

    No está nada mal. Has subido un poco el listón, pero sigue siendo muy interesante. Claro, que yo soy un poco raro (estudié Química y la Física que dábamos me permite llegar hasta aquí, … de momento)

    No te lo tomes a mal, pero tengo 2 pequeños detalles que comentarte:

    1.- El párrafo:
    “La razón por la que una estrella en cierto momento comienza a expandirse es que, en cierto momento de la vida de las estrellas, éstas comienzan a expandirse al mismo tiempo que su capa exterior se enfría.”
    explica poco la razón y el mecanismo de la expansión
    (¿puede ser que se va acabando el combustible de la estrella y por eso se enfría?)

    2.- Por entradas anteriores, creo que te preocupa bastante la calidad de tu blog. Por este motivo, te hago el siguiente comentario: No sé si sólo me pasa a mí (que tengo la configuración de la pantalla de 800 x 600 píxeles), pero la zona de texto es muy estrecha y las imágenes un poco anchas pierden una franja bastante grande.

    Repito: comentarios hechos desde el respeto. En caso contrario no habría comentado.

  3. Aureus Says:

    Desde luego, te ha quedado interesante… pero un poco “dura” la entrada. Claro, hacerla más suave no seria fácil, visto el tema, pero vaya, que me ha requerido una cierta “concentración” para seguir el hilo.

    Claro que yo de estas cosas entiendo muy poco, y eso contribuye a la dificultad, sin duda.

    De todos modos, el esfuerzo ha valido la pena. Está bastante bien explicado y siempre he aprendido algo más ;)

    Saludos.

  4. ahskar Says:

    Buenas. A todos, lamento la ausencia. he estado muy liado este fin de semana y ayer tuve un examen para rematar xD

    Gouki: hay unos cuantos más que no conocía antes de hacer este trabajo pero que no he mencionado para no extenderme demasiado ^^U
    En concreto me he dejado el de giro asincrónico, donde el giro rotatorio de una estrella va en contra del giro orbital lo que modifica el potencial efectivo, haciendo que por acción de Marea el gas caiga hacia el objeto compañero. Y no he mencionado tampoco el de fuente de rayos X: la emisión de Rayos X desde el disco de acreción puede provocar, si la estrella es cercana, que ésta comience a perder más gas debido a la energía suministrada en rayos, con lo que tenemos un sistema de retroalimentación de acreción.

    Cuervosentado: Te agradezco mucho los comentarios.
    Es cierto que ese párrafo, a parte de estar fatalmente escrito (ahora lo cambiaré) no da detalles. La razón es que explicar de una forma sencilla el mecanismo requeriría un post entero, así que me decanté por no desviarme del tema principal y dejarlo un poco colgando.
    Los tiros van por donde has dicho, pero es sustancialmente más complicado. Prometo hacer un post explicándolo y enlazarlo a este, en los próximos días.
    Sobre lo de la visualización, lo lamento. Yo es que uso una de 1024×768 y no lo sabía. Intentaré hacer las imágenes más pequeñas y si se quieren mirar con detalle pues se les hace click. No sé si, a parte de eso, puedo hacer algo más toqueteando las opciones del blog.

    Aureus: Bueno, en respuesta a ti y a cuervo sentado, debo decir que intenté bajarlo todo lo posible. Pero realmente uso conceptos (campo efectivo, fuerzas aparentes, conservación del momento angular, etc.) que no son sencillos para quién no los ha estudiado. Prometo ser más accesible (si es posible) en los próximos, ya que no me gustaría que al final sólo los físicos entendieran algo.

    De todas maneras, si queréis una explicación extra sobre cualquier cuestión (cómo lo de la expansión estelar por evolución) pues sólo decídmelo y lo escribiré y lo linkearé aquí. Es una buena forma de no sobrecargar un post al mismo tiempo que lo completo.

    Muchas gracias por las indicaciones, de verdad que me resultan muy útiles ^^

  5. cuervosentado Says:

    Suerte con el examen.
    Lo de la visualización, va a ser eso que dices, porque en casa sí que tengo un monitor como el tuyo y se ve perfecto. Tendré que pedir que me lo cambien :P

  6. ahskar Says:

    Hombre, también puedes cambiar sólo la resolución y entonces lo verás bien.

  7. cuervosentado Says:

    Pues también es verdad!!!
    Tiene narices la cosa. Cuando no esperas encontrar una solución, no la ves ni aunque te salte encima.
    Espero no haber quedado como un imbécil (virtual)

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