Objeto Thorne–Żytkow

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Tipo de estrella híbrido teórico

Un objeto Thorne–Żytkow (TŻO o TZO), también conocido como estrella híbrida, es un tipo de estrella conjeturado en el que un gigante roja o supergigante roja contiene una estrella de neutrones en su núcleo, formada a partir de la colisión del gigante con la estrella de neutrones. Tales objetos fueron planteados como hipótesis por Kip Thorne y Anna Żytkow en 1977. En 2014, se descubrió que la estrella HV 2112, ubicada en la Pequeña Nube de Magallanes (SMC), era un fuerte candidato. Otro posible candidato es la estrella HV 11417, también ubicada en el SMC.

Formación

Un objeto Thorne-Żytkow se forma cuando una estrella de neutrones choca con otra estrella, normalmente una gigante roja o una supergigante. Los objetos que chocan pueden ser simplemente estrellas errantes. Es probable que esto solo ocurra en cúmulos globulares extremadamente poblados. Alternativamente, la estrella de neutrones podría formarse en un sistema binario cuando una de las dos estrellas se convierte en supernova. Dado que ninguna supernova es perfectamente simétrica y que la energía de enlace de la binaria cambia con la masa perdida en la supernova, la estrella de neutrones quedará con cierta velocidad en relación con su órbita original. Esta patada puede hacer que su nueva órbita se cruce con su compañera o, si su compañera es una estrella de la secuencia principal, puede ser engullida cuando su compañera evolucione a gigante roja.

Una vez que la estrella de neutrones entra en la gigante roja, el arrastre entre la estrella de neutrones y las capas difusas exteriores de la gigante roja hace que la órbita del sistema estelar binario decaiga, y la estrella de neutrones y el núcleo de la gigante roja espiral hacia dentro uno hacia el otro. Dependiendo de su separación inicial, este proceso puede llevar cientos de años. Cuando los dos finalmente colisionen, la estrella de neutrones y el núcleo de la gigante roja se fusionarán. Si su masa combinada excede el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff, entonces los dos colapsarán en un agujero negro. De lo contrario, los dos se fusionarán en una sola estrella de neutrones.

Si una estrella de neutrones y una enana blanca se fusionan, esto podría formar un objeto Thorne-Żytkow con las propiedades de una variable R Coronae Borealis.

Propiedades

La superficie de la estrella de neutrones es muy caliente, con temperaturas que superan los 10⁹ K, más calientes que los núcleos de todas las estrellas excepto las más masivas. Este calor está dominado por la fusión nuclear en el gas acumulado o por la compresión del gas por la gravedad de la estrella de neutrones. Debido a la alta temperatura, pueden tener lugar procesos nucleares inusuales cuando la envoltura de la gigante roja cae sobre la superficie de la estrella de neutrones. El hidrógeno puede fusionarse para producir una mezcla diferente de isótopos que en la nucleosíntesis estelar ordinaria, y algunos astrónomos han propuesto que la rápida nucleosíntesis de protones que ocurre en los estallidos de rayos X también tiene lugar dentro de los objetos Thorne-Żytkow.

Desde el punto de vista de la observación, un objeto Thorne-Żytkow puede parecerse a una supergigante roja o, si está lo suficientemente caliente como para expulsar las capas superficiales ricas en hidrógeno, a una estrella Wolf-Rayet rica en nitrógeno (tipo WN8).

Un TŻO tiene una vida útil estimada de 10⁵–10⁶ años. Dada esta vida útil, es posible que actualmente existan entre 20 y 200 objetos Thorne-Żytkow en la Vía Láctea.

La única forma de determinar sin ambigüedades si una estrella es o no una TŻO es mediante la detección de múltiples mensajes tanto de las ondas gravitacionales de la estrella de neutrones interna como de un espectro óptico de los metales atípicos de una supergigante roja normal. Es posible detectar TŻO preexistentes con los detectores LIGO actuales; el núcleo de la estrella de neutrones emitiría una onda continua.

Disolución

Se ha teorizado que la pérdida de masa eventualmente terminará con la etapa TŻO, con la envoltura restante convertida en un disco, lo que resultará en la formación de una estrella de neutrones con un disco de acreción masivo. Estas estrellas de neutrones pueden formar la población de púlsares aislados con discos de acreción. El disco de acreción masivo también puede resultar en el colapso de una estrella, convirtiéndose en un compañero estelar de la estrella de neutrones. La estrella de neutrones también puede acumular material suficiente para colapsar en un agujero negro.

Historial de observaciones

En 2014, un equipo dirigido por Emily Levesque argumentó que la estrella HV 2112 tenía una abundancia inusualmente alta de elementos como molibdeno, rubidio, litio y calcio, y una gran luminosidad. Dado que ambas son características esperadas de los objetos Thorne-Żytkow, esto llevó al equipo a sugerir que HV 2112 podría ser el primer descubrimiento de un TZO. Sin embargo, esta afirmación fue cuestionada en un artículo de 2018 por Emma Beasor y sus colaboradores, quienes argumentaron que no hay evidencia de que HV 2112 tenga patrones de abundancia inusuales más allá de un posible enriquecimiento de litio y que su luminosidad es demasiado baja. Propusieron otro candidato, HV 11417, basado en una aparente sobreabundancia de rubidio y una luminosidad similar a la de HV 2112. Sin embargo, HV 11417 ha sido identificada desde entonces como una probable estrella de halo en primer plano.

Lista de candidatos TŻOs

Candidato	Ascensión derecha	Declinación	Ubicación	Discovery	Notas
HV 2112	01^h 10^m 03.87^s	72 - 36′ 52.6′	Pequeña Magallanes Cloud	2014	Clasificado como un supergiant TZO candidato o una estrella AGB
HV 11417	01^h 00^m 48.2^s	72−° 51′ 02.1′′	Pequeña Magallanes Cloud	2018	Clasificado como estrella de AGB o estrella de halo de primer plano
V595 Cassiopeiae	01^h 43^m 02.72^s	+56° 30′ 46.02′	Cassiopeia	2002
IO Persei	03^h 06^m 47.27^s	+55° 43′ 59.35′′	Perseus	2002
KN Cassiopeiae	00^h 09^m 36.37^s	+62° 40′ 04.12′	Cassiopeia	2002
U Aquarii	22^h 03^m 19.69^s	−16° 37′ 35.2′′	Aquarius	1999	Esta estrella fue catalogada como una variable R Coronae Borealis.
VZ Sagittarii	18^h 15^m 08.58^s	−29° 42′ 29.6′′	Sagitario	1999	Esta estrella fue catalogada como una variable R Coronae Borealis.

Lista de candidatos anteriores y futuros TŻOs

Candidato anterior TŻO	Ascensión derecha	Declinación	Ubicación	Discovery	Notas	Refs
GRO J1655-40	16^h 54^m 00.14^s	−39° 50′ 44.9′′	Escorpio	1995	El progenitor para la estrella compañera y el agujero negro en este sistema es hipotetizado para haber sido un TŻO.
BD+61 2536 (TIC 470710327)	23^h 49^m 18.99^s	+61° 57′ 46.0′	Cassiopeia	2022	Sistema de triple estrella jerárquica masivo que podría evolucionar ya sea en una fusión de estrellas de neutrones o en un TŻO.

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