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¿Qué nos revela el estudio de las enanas blancas acerca de nuestra galaxia?

R Aquarii es una estrella simbiótica que se cree está compuesta por una enana blanca y una variable (gigante roja) llamada Mira, formando un sistema binario. Créditos de la imagen: X-ray: NASA/CXC/SAO; Optical: NASA/STScI, Palomar Observatory, DSS; Radio: NSF/NRAO/VLA; H-Alpha: LCO/IMACS/MMTF NASA

Las enanas blancas son la última fase más común de la vida de las estrellas. Se forman una vez que sus progenitoras, como nuestro Sol, han agotado todas sus fuentes de energía nuclear disponibles.

Su evolución sigue un proceso de enfriamiento que se entiende razonablemente bien. Esto permite que las enanas blancas se puedan usar como ‘relojes cósmicos’ fiables.

Dado que la población actual de estos objetos no ha tenido tiempo suficiente para enfriarse hasta ser indetectable, las enanas blancas proporcionan una estimación de la edad de nuestra galaxia.

Con aproximadamente la mitad de la masa del Sol y el tamaño de la Tierra, las enanas blancas son extremadamente densas. Por lo tanto, tienen propiedades diferentes a todo lo que encontramos en nuestro sistema solar.

Así, por ejemplo, si una enana blanca supera un determinado límite de masa, explota como una supernova termonuclear. Estas explosiones son uno de los eventos más brillantes en el universo y se han utilizado para probar su expansión acelerada.

Sin embargo, aunque hay varias teorías disponibles, no sabemos con certeza cómo una enana blanca puede aumentar su masa hasta explotar.

R Aquarii es una estrella simbiótica que se cree está compuesta por una enana blanca y una variable (gigante roja) llamada Mira, formando un sistema binario. Créditos de la imagen: X-ray: NASA/CXC/SAO; Optical: NASA/STScI, Palomar Observatory, DSS; Radio: NSF/NRAO/VLA; H-Alpha: LCO/IMACS/MMTF. NASA

Estrellas binarias: ¿por qué es interesante estudiarlas?

Una gran fracción de las estrellas tipo solar en la Vía Láctea forma parte de sistemas binarios, es decir, un sistema formado por dos estrellas.

Se espera que aproximadamente el 25 % de estas estrellas binarias estén lo suficientemente cerca como para iniciar procesos de transferencia de masa. Es decir, una de las estrellas le transfiere su masa a la otra. Este proceso suele ocurrir cuando la estrella más masiva se convierte en una gigante roja.

En un sistema estelar binario, la enana blanca más pequeña y pesada comenzará a extraer materia de la más grande y liviana, reduciéndose la distancia orbital. Finalmente, se acumula tanta materia en la enana blanca más masiva que puede terminar en una explosión termonuclear. Créditos de la imagen: NASA/CXC/M. Weiss

Debido a que la estrella compañera no puede acumular el material transferido por la gigante, el sistema evoluciona a través de lo que conocemos como fase de envoltura común. El núcleo de la estrella gigante y su compañera orbitan una alrededor de la otra dentro de una envoltura de material formado por las capas exteriores de la estrella gigante.

Las fuerzas de fricción entre las dos estrellas y la envoltura
conducen a una contracción dramática de la separación orbital y, por lo tanto, a la liberación de energía orbital.

Una fracción de esta energía se deposita en la envoltura y eventualmente se usa para expulsarla. El resultado es, por lo tanto, un sistema binario formado por el núcleo de la estrella gigante (que luego se convierte en enana blanca) y su estrella compañera tipo solar separadas por una distancia mucho menor a la separación orbital inicial.

Este proceso es el encargado de formar estrellas binarias compactas formadas por una estrella tipo solar y una enana blanca. También se forman así otros objetos ‘exóticos’, como sistemas binarios en los que una componente es un agujero negro o una estrella de neutrones.

Sin embargo, todavía no entendemos del todo el proceso evolutivo de envoltura común; específicamente no sabemos cuánta energía orbital se usa para expulsar la envoltura.

El restante 75 % de las estrellas binarias que están lo suficientemente alejadas como para evitar procesos de transferencia de masa evolucionan como estrellas individuales. Hasta que finalmente una de ellas se convierten en una enana blanca.

Las separaciones orbitales de estos sistemas son similares a las iniciales. En consecuencia, las binarias formadas por una enana blanca y una estrella tipo solar pueden distinguirse entre dos tipos. Aquellas que evolucionaron por la fase de envoltura común y tienen ahora periodos orbitales muy cortos y aquellas que evolucionaron evitando procesos de transferencia de masa y tienen separaciones orbitales mucho más grandes.

En ambas poblaciones las enanas blancas se pueden usar como herramientas ideales para estudiar una amplia diversidad de problemas abiertos en la astronomía moderna.

Observaciones directas de las binarias compactas nos permiten medir periodos orbitales y parámetros estelares como masa y temperatura. Esta medición nos ayuda a analizar tanto la evolución pasada como la futura de estos sistemas, siguiendo modelos teóricos.

Por tanto, la comparación de las expectativas teóricas con los parámetros observados nos permite mejorar nuestro entendimiento tanto de la fase de envoltura común como dilucidar los posibles progenitores de las supernovas termonucleares.

En el caso de las binarias que evolucionaron sin transferencia de masa, las enanas blancas se pueden utilizar como ‘relojes cósmicos’ para conocer la edad de su estrella compañera.

Debido a esto, este tipo de sistema es ideal para estudiar temas diversos. Por ejemplo, la relación entre la edad y la metalicidad de la galaxia o las propiedades físicas y magnéticas de las estrellas tipo solar.

Sin embargo, en la actualidad contamos con observaciones espectroscópicas de unos pocos miles de sistemas binarios en los que una de las componentes es una enana blanca y la otra una estrellas tipo solar.

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Telescopio del consorcio 4MOST (4-meter multi object spectroscopy telescope) en Cerro Paranal, Chile. Universidad Politécnica de Cataluña. Foto de G. Hüdepohl

Nada menos que 77 000 estrellas binarias serán estudiadas

Por este motivo, nuestro equipo de investigación preparó una propuesta para observar un gran número de estrellas binarias conteniendo una enana blanca con el telescopio 4MOST en Chile.

Después de un proceso de validación que duró un año se nos informó el pasado diciembre que nuestra propuesta fue aprobada y que se nos otorgó tiempo para observar 77 000 binarias.

Esperamos que a partir de 2024, cuando empiecen las observaciones, podamos analizar todas estas estrellas y mejorar nuestro entendimiento de esta gran variedad de problemas abiertos.

The Conversation

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