¿Cómo se mide la masa de una estrella?

Gran estrella blanca a la izquierda, pequeña estrella azul a la derecha, sobre un fondo lleno de estrellas.

Concepto artístico del sistema estelar binario de Sirio A y su pequeña compañera azul, Sirio B, una enana blanca caliente. Las 2 estrellas giran una alrededor de la otra cada 50 años. Imagen víaESA/ G. Tocino.

Existenmuchas estrellas binarias- dos estrellas que giran alrededor de un centro de masa común - que pueblan el cielo estrellado. De hecho, la gran mayoría de las estrellas que vemos (alrededor del 85%) son parte de un sistema estelar múltiple de dos o más estrellas. Esto es una suerte para los astrónomos porque dos estrellas juntas proporcionan una manera fácil de medir sus respectivas masas.

Para encontrar las masas de estrellas en sistemas dobles, solo necesita saber dos cosas: elsemieje mayoro significadistanciaentre las dos estrellas (a menudo expresado enunidades astronómicas, que es la distancia media entre la Tierra y el sol), y latiempose necesita para que las dos estrellas giren una alrededor de la otra (también conocida comoperiodo orbital, expresado a menudo en años terrestres). Solo con esas dos observaciones, los astrónomos pueden calcular las masas de las estrellas, lo que normalmente hacen en unidades de masas solares (es decir, una medida de cuántos de nuestros soles 'pesa' la estrella. Una masa solar es 1,989 x 1030kilogramos o aproximadamente 333.000 veces la masa de nuestro planeta Tierra).

UsaremosSirio, la estrella más brillante del cielo nocturno, como ejemplo. Parece una sola estrella a simple vista, pero también es una estrella binaria (y puedesvéalo usted mismo, si tiene un telescopio pequeño). Las dos estrellas orbitan entre sí con un período de unos 50 años terrestres, a una distancia media de unas 20 unidades astronómicas (PARA). El más brillante de los dos se llama Sirio A, mientras que su compañero más débil se conoce como Sirio B (El cachorro).

Fondo negro con una mancha blanca central con picos y un pequeño punto blanco en su lado izquierdo.

Ver en ForVM Community Photos.|Michael Teoh |en el Observatorio Heng Ee en Penang, Malasia, capturó esta foto de Sirio A y Sirio B (una enana blanca) el 26 de enero de 2021. Usó 30 exposiciones de 1 segundo y las apiló para hacer que el débil Sirio B apareciera. ¡Gracias, Michael!

Entonces, ¿cómo encontrarían los astrónomos las masas de Sirio A y B? Simplemente introducirían la distancia media entre las dos estrellas y su período orbital en la fórmula fácil de usar a continuación, derivada por primera vez por Johannes Kepler en 1618 y conocida comoTercera ley de Kepler:

Masa total = distancia3/período2



Aquí, la distancia es la distancia media entre las estrellas (o, más precisamente, lasemieje mayor) en unidades astronómicas, entonces 20, y el período orbital es 50 años.

La masa total resultante es de aproximadamente tres masas solares. Tenga en cuenta que esta no es la masa de una estrella, sino de ambas estrellas sumadas. Entonces, sabemos que todo el sistema binario es igual a tres masas solares.

Dos órbitas elípticas superpuestas en rojo con círculos blancos que se mueven alrededor de las órbitas.

Un ejemplo de un sistema estelar binario, cuyas estrellas componentes orbitan alrededor de un centro de masa común (la cruz roja). En esta representación, las dos estrellas tienen masas similares. En el caso del sistema estelar binario de Sirio, Sirio A tiene aproximadamente el doble de masa que Sirio B. Imagen víaWikimedia Commons.

Para averiguar la masa de cada estrella individual, los astrónomos necesitan saber la distancia media de cada estrella desde elbaricentro: su centro de masa común. Para aprender esto, una vez más confían en sus observaciones.

Resulta que Sirio B, la estrella menos masiva, está aproximadamente dos veces más lejos del baricentro que Sirio A. Eso significa que Sirio B tiene aproximadamente la mitad de la masa de Sirio A.

Por lo tanto, si sabe que todo el sistema tiene aproximadamente tres masas solares, puede deducir que la masa de Sirio A es aproximadamente dos masas solares, mientras que Sirio B es prácticamente igual a nuestro sol en masa.

Pero, ¿qué pasa con las estrellas que están solas en sus sistemas estelares, como el sol? Los sistemas estelares binarios son una vez más la clave: una vez que hemos calculado las masas para un montón de estrellas en sistemas binarios, y también sabemos cómoluminososon, notamos que hay una relación entre susluminosidady su masa. En otras palabras, para las estrellas individuales solo necesitamos medir su luminosidad y luego usar elrelación masa-luminosidadpara averiguar su masa. ¡Gracias, binarios!

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En pocas palabras: para los astrónomos, los sistemas estelares binarios son una herramienta bastante útil para calcular la masa de las estrellas.