El mecanismo Applegate ( mecanismo de Applegate o efecto Applegate ) explica las variaciones del período orbital a largo plazo que se observan en ciertos binarios eclipsantes . A medida que una estrella de secuencia principal atraviesa un ciclo de actividad, las capas externas de la estrella están sujetas a un par magnético que cambia la distribución del momento angular, lo que resulta en un cambio en el achatamiento de la estrella. La órbita de las estrellas en el par binario está acoplada gravitacionalmente a sus cambios de forma, de modo que el período muestra modulaciones (típicamente en el orden de ∆P / P ∼ 10 −5 ) en la misma escala de tiempo que los ciclos de actividad (típicamente en el orden de las décadas). [1]
Introducción
La sincronización cuidadosa de binarios eclipsantes ha demostrado que los sistemas que muestran modulaciones de períodos orbitales del orden de ∆P / P ∼ 10 −5 durante un período de décadas son bastante comunes. Un ejemplo sorprendente de tal sistema es Algol , cuyo registro de observación detallado se remonta a más de dos siglos. Durante este período de tiempo, un gráfico de la dependencia temporal de la diferencia entre los tiempos observados de los eclipses y los tiempos pronosticados muestra una característica (denominada "gran desigualdad") con una amplitud total de 0,3 días y una escala de tiempo recurrente de siglos. . Esta característica se superpone a una modulación secundaria con una amplitud total de 0,06 días y una escala de tiempo recurrente de unos 30 años. Las modulaciones del período orbital de amplitud similar también se ven en otros binarios de Algol . [1]
Aunque son recurrentes, estas modulaciones de período no siguen un ciclo estrictamente regular. La recurrencia irregular descarta los intentos de explicar estas modulaciones de período como debidas a la precesión absidal o la presencia de compañeros distantes e invisibles. Las explicaciones de la precesión apisidal también tienen el problema de que requieren una órbita excéntrica, pero los sistemas en los que se observan estas modulaciones suelen mostrar órbitas de poca excentricidad. Además, las explicaciones del tercer cuerpo tienen el problema de que, en muchos casos, un tercer cuerpo lo suficientemente masivo para producir la modulación observada no debería haber logrado escapar de la detección óptica, a menos que el tercer cuerpo fuera bastante exótico. [2]
Otro fenómeno observado en ciertos binarios de Algol ha sido el aumento de períodos monótonos. Esto es bastante distinto de las observaciones mucho más comunes de aumentos y disminuciones de períodos alternos explicadas por el mecanismo de Applegate. Los aumentos del período monótono se han atribuido a la transferencia de masa, generalmente (pero no siempre) de la estrella menos masiva a la más masiva. [3]
Mecanismo
La escala de tiempo y los patrones de recurrencia de estas modulaciones del período orbital sugirieron a Matese y Whitmire (1983) un mecanismo que invoca cambios en el momento cuadripolo de una estrella con el posterior acoplamiento espín-órbita. Sin embargo, no pudieron proporcionar una explicación convincente de lo que podría causar tales fluctuaciones en el momento cuadripolo. [4]
Tomando el mecanismo de Matese y Whitmire como base, Applegate argumentó que los cambios en el radio de giro de una estrella podrían estar relacionados con los ciclos de actividad magnética. [1] La evidencia que respalda su hipótesis provino de la observación de que una gran fracción de las estrellas secundarias de tipo tardío de las binarias de Algol parecen ser estrellas convectivas que giran rápidamente, lo que implica que deberían ser cromosféricamente activas. De hecho, las modulaciones del período orbital solo se ven en binarios de tipo Algol que contienen una estrella convectiva de tipo tardío. [3]
Dado que el acoplamiento cuadripolo gravitacional está involucrado en la producción de cambios en el período orbital, quedaba la pregunta de cómo un campo magnético podría inducir tales cambios de forma. La mayoría de los modelos de la década de 1980 asumieron que el campo magnético deformaría la estrella distorsionándola del equilibrio hidrostático. Marsh y Pringle (1990) demostraron, sin embargo, que la energía requerida para producir tales deformaciones excedería la producción total de energía de la estrella. [5]
Una estrella no gira como un cuerpo sólido. Las partes externas de una estrella contribuyen más al momento cuadrupolo de una estrella. Applegate propuso que a medida que una estrella atraviesa su ciclo de actividad, los pares magnéticos podrían causar una redistribución del momento angular dentro de una estrella. Como resultado, el achatamiento rotacional de la estrella cambiará, y este cambio resultaría en última instancia en cambiar el período orbital a través del mecanismo de Matese y Whitmire. Los cálculos del balance de energía indican que la estrella activa normalmente debe ser variable en el nivel ΔL / L ≈ 0.1 y debe rotar diferencialmente en el nivel ΔΩ / Ω ≈ 0.01. [1]
Aplicabilidad
El mecanismo de Applegate hace varias predicciones comprobables:
- Las variaciones de luminosidad en la estrella activa deben corresponder a modulaciones en el período orbital.
- Cualquier otro indicador de actividad magnética ( es decir , actividad de manchas solares, luminosidad coronal de rayos X, etc. ) también debería mostrar variaciones correspondientes a modulaciones en el período orbital.
- Dado que los grandes cambios en el radio de la estrella se descartan por consideraciones energéticas, las variaciones de luminosidad deberían deberse enteramente a variaciones de temperatura. [1]
Las pruebas de las predicciones anteriores han respaldado la validez del mecanismo, pero no sin ambigüedades. [6] [7]
El efecto Applegate proporciona una explicación unificada para muchas (pero no todas) curvas de efemérides para una amplia clase de binarias, y puede ayudar a comprender la actividad de la dínamo observada en estrellas que giran rápidamente. [8]
También se ha invocado el mecanismo de Applegate para explicar las variaciones en los tiempos de tránsito observados de los planetas extrasolares , además de otros posibles efectos como la disipación de las mareas y la presencia de otros cuerpos planetarios. [9]
Sin embargo, hay muchas estrellas para las que el mecanismo de Applegate es inadecuado. Por ejemplo, las variaciones del período orbital en ciertos binarios eclipsantes post-envolvente común son un orden de magnitud mayor que el que puede acomodar el efecto Applegate, con el frenado magnético o un tercer cuerpo en una órbita altamente elíptica que proporciona los únicos mecanismos conocidos capaces de explicar la variación observada. [10] [11] [12]
Referencias
- ↑ a b c d e Applegate, James H. (1992). "Un mecanismo para la modulación del período orbital en binarios cercanos". Revista astrofísica, parte 1 . 385 : 621–629. Código Bibliográfico : 1992ApJ ... 385..621A . doi : 10.1086 / 170967 .
- ^ Van Buren, D. (1986). "Comente sobre la teoría de tres cuerpos para cambios de período en sistemas RS CVn". El diario astronómico . 92 : 136-138. Código Bibliográfico : 1986AJ ..... 92..136V . doi : 10.1086 / 114145 .
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