El mecanismo de Applegate ( mecanismo de Applegate o efecto Applegate ) explica las variaciones a largo plazo del período orbital observadas en ciertas binarias eclipsantes . A medida que una estrella de secuencia principal pasa por 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 la achatación 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 del orden de ∆P/P ~ 10 −5 ) en la misma escala de tiempo que los ciclos de actividad (típicamente del orden de décadas). [1]
Un cronometraje cuidadoso de los sistemas binarios eclipsantes ha demostrado que los sistemas que muestran modulaciones del período orbital del orden de ∆P/P ~ 10 −5 durante un período de décadas son bastante comunes. Un ejemplo sorprendente de un sistema de este tipo es Algol , para el cual el registro de observaciones detallado se remonta a más de dos siglos. Durante este lapso de tiempo, un gráfico de la dependencia temporal de la diferencia entre los tiempos observados de los eclipses frente a los tiempos previstos muestra una característica (denominada la "gran desigualdad") con una amplitud total de 0,3 días y una escala de tiempo recurrente de siglos. Superpuesta a esta característica hay una modulación secundaria con una amplitud total de 0,06 días y una escala de tiempo recurrente de unos 30 años. También se observan modulaciones del período orbital de amplitud similar en otros sistemas binarios de Algol . [1]
Aunque 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 apsidal o a la presencia de compañeros distantes e invisibles. Las explicaciones de la precesión apsidal también tienen el problema de que requieren una órbita excéntrica, pero los sistemas en los que se observan estas modulaciones a menudo muestran órbitas de poca excentricidad. Además, las explicaciones del tercer cuerpo tienen el problema de que, en muchos casos, un tercer cuerpo lo suficientemente masivo como para producir la modulación observada no debería haber logrado escapar a la detección óptica, a menos que el tercer cuerpo fuera bastante exótico. [2]
Otro fenómeno observado en ciertas binarias de Algol ha sido el aumento monótono de los períodos. Esto es bastante distinto de las observaciones mucho más comunes de aumentos y disminuciones alternas de los períodos explicadas por el mecanismo de Applegate. Los aumentos monótonos de los períodos se han atribuido a la transferencia de masa, normalmente (pero no siempre) de la estrella menos masiva a la más masiva. [3]
La escala temporal y los patrones de recurrencia de estas modulaciones del período orbital sugirieron a Matese y Whitmire (1983) un mecanismo que provoca cambios en el momento cuadrupolar de una estrella con el consiguiente acoplamiento espín-órbita. Sin embargo, no pudieron proporcionar ninguna explicación convincente de qué podría causar tales fluctuaciones en el momento cuadrupolar. [4]
Tomando como base el mecanismo de Matese y Whitmire, Applegate argumentó que los cambios en el radio de giro de una estrella podrían estar relacionados con ciclos de actividad magnética. [1] La evidencia que apoya su hipótesis proviene de la observación de que una gran fracción de las estrellas secundarias de tipo tardío de los sistemas binarios Algol parecen ser estrellas convectivas que giran rápidamente, lo que implica que deberían ser cromosféricamente activas. De hecho, las modulaciones del período orbital se observan solo en sistemas binarios de tipo Algol que contienen una estrella convectiva de tipo tardío. [3]
Dado que el acoplamiento gravitacional cuadripolar interviene en la producción de cambios en el período orbital, quedaba la pregunta de cómo un campo magnético podía inducir tales cambios de forma. La mayoría de los modelos de la década de 1980 suponían que el campo magnético deformaría la estrella distorsionándola y alejándola del equilibrio hidrostático. Sin embargo, Marsh y Pringle (1990) demostraron que la energía necesaria para producir tales deformaciones superaría la producción total de energía de la estrella. [5]
Una estrella no gira como un cuerpo sólido. Las partes externas de una estrella contribuyen en gran medida al momento cuadrupolar de la 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 la estrella. Como resultado, la oblatividad rotacional de la estrella cambiará, y este cambio finalmente resultará en un cambio del período orbital a través del mecanismo de Matese y Whitmire. Los cálculos del presupuesto de energía indican que la estrella activa normalmente debería ser variable en el nivel ΔL/L ≈ 0,1 y debería rotar diferencialmente en el nivel ΔΩ/Ω ≈ 0,01. [1]
El mecanismo de Applegate hace varias predicciones comprobables:
Las pruebas de las predicciones anteriores han apoyado la validez del mecanismo, pero no de manera inequívoca. [6] [7]
El efecto Applegate proporciona una explicación unificada para muchas (pero no todas) las curvas de efemérides de una amplia clase de sistemas binarios, y puede ayudar a comprender la actividad dinamo observada en las estrellas que giran rápidamente. [8]
También se ha invocado el mecanismo de Applegate para explicar las variaciones en los tiempos de tránsito observados de 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 ciertas binarias eclipsantes post-envolvente común son un orden de magnitud mayores que las que puede absorber el efecto Applegate, siendo el frenado magnético o un tercer cuerpo en una órbita altamente elíptica los únicos mecanismos conocidos capaces de explicar la variación observada. [10] [11] [12]