18 Ago Hubble descubre una enana blanca ultramasiva

Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto, gracias al Telescopio Espacial Hubble, una enana blanca ultramasiva que se formó cuando una enana blanca se fusionó con otra estrella, en lugar de surgir de la evolución de una única estrella.

Este hallazgo, posible gracias a las sensibles observaciones en ultravioleta del Hubble, indica que estas enanas blancas poco comunes podrían ser más frecuentes de lo que se pensaba.

Enanas blancas inusuales

Una enana blanca es el estado final de una estrella que no es lo suficientemente masiva como para explotar como supernova por colapso del núcleo. La transición hacia una enana blanca comienza cuando una estrella agota el suministro de hidrógeno en su núcleo.

Los cambios en el núcleo y sus alrededores provocan que la estrella expulse sus capas externas en una especie de “suspiro estelar” masivo, poniendo al descubierto el denso núcleo del tamaño de la Tierra, que evoluciona para formar una enana blanca.

Los núcleos de las enanas blancas están compuestos principalmente de carbono y oxígeno o de oxígeno y neón, dependiendo de la masa de la estrella progenitora. El Sol se convertirá en una enana blanca dentro de unos 5 mil millones de años.

En teoría, las enanas blancas pueden tener hasta 1,4 veces la masa del Sol, pero en la práctica aquellas más masivas que nuestro Sol son poco comunes.

Estos objetos, que los astrónomos denominan enanas blancas ultramasivas, pueden formarse bien a partir de la evolución de una única estrella masiva o mediante la fusión de una enana blanca con otra estrella.

WD 0525+526: una enana blanca ultramasiva

Recientemente, los astrónomos utilizaron el Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos del Hubble para investigar una de estas enanas blancas: la enana blanca ultramasiva WD 0525+526. Se encuentra a solo 128 años luz y tiene un 20% más de masa que el Sol.

En luz visible, el espectro de la atmósfera de WD 0525+526 se parecía al de una enana blanca típica. Sin embargo, el espectro ultravioleta del Hubble reveló algo inusual: la presencia de carbono en su atmósfera.

Las enanas blancas que se forman a partir de la evolución de una sola estrella tienen atmósferas compuestas de hidrógeno y helio. Estas densas atmósferas cubren la superficie de carbono-oxígeno u oxígeno-neón de la enana blanca, normalmente impidiendo que dichos elementos aparezcan en su espectro.

Cuando el carbono aparece en el espectro de una enana blanca, puede indicar un origen más violento que el escenario típico de una única estrella: la colisión de dos enanas blancas, o de una enana blanca con una estrella subgigante.

Tal colisión puede eliminar las atmósferas de hidrógeno y helio de las estrellas en colisión, dejando una fina capa de estos elementos alrededor del remanente de la fusión, lo que permite que el carbono del núcleo ascienda a la superficie, donde puede ser detectado.

Más caliente y masiva

Este es el caso de la enana blanca ultramasiva WD 0525+526, cuyo análisis ha permitido comprender mejor el papel de las fusiones estelares en su formación.

“Es un descubrimiento que subraya que las cosas pueden ser distintas de lo que parecen a primera vista”, explica el investigador principal del programa del Hubble, Boris Gaensicke, de la Universidad de Warwick (Reino Unido). “Hasta ahora, parecía una enana blanca normal, pero los ojos ultravioletas del Hubble revelaron que tenía una historia muy diferente de la que podríamos haber imaginado. Es como hacerle una pregunta distinta de las habituales a alguien que crees conocer bien”.

Este hallazgo marca la primera vez que una enana blanca fruto de una colisión entre estrellas es identificada gracias a su espectro ultravioleta. Antes de este estudio, se habían descubierto seis productos de fusiones de enanas blancas a través de líneas de carbono en sus espectros de luz visible.

Los siete forman parte de un grupo mayor identificado en un estudio con la misión Gaia de la ESA en 2019, que reveló que eran más azules de lo esperado para sus masas y edades, con la evidencia de fusiones, ofreciendo nuevas pistas sobre su historia de formación.

WD 0525+526 resulta especialmente destacada incluso dentro de este reducido grupo de enanas blancas producto de fusiones. Con una temperatura cercana a los 21 mil kelvin y 1,2 masas solares, esta enana blanca ultramasiva es más caliente y más masiva que las demás.

Hubble: alta sensibilidad al UV

La temperatura extrema de WD 0525+526 supuso un misterio para el equipo.

En enanas blancas más frías, como las seis que son producto de fusiones descubiertas previamente, un proceso llamado convección puede mezclar el carbono en la delgada atmósfera de hidrógeno y helio.

Pero WD 0525+526 es demasiado caliente para que la convección ocurra. En su lugar, el equipo determinó que un proceso más sutil llamado semiconvección transporta pequeñas cantidades de carbono a la atmósfera.

WD 0525+526 presenta la menor cantidad de carbono atmosférico jamás detectada en una enana blanca producto de una fusión, unas 100 mil veces menos que otros remanentes de este tipo.

La alta temperatura y baja abundancia de carbono muestran que identificar esta enana blanca como producto de una fusión habría sido imposible sin la sensibilidad del Hubble a la luz ultravioleta.

Las líneas espectrales de elementos más pesados que el helio, como el carbono, se vuelven más débiles en el rango visible en enanas blancas calientes, pero permanecen brillantes en el ultravioleta, donde el Hubble tiene una capacidad única para detectarlas.

“El Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos del Hubble es el único instrumento capaz de obtener espectros ultravioleta de tan alta calidad como los necesarios para detectar el carbono en la atmósfera de esta enana blanca ultramasiva”, señala la investigadora principal del estudio, Snehalata Sahu, de la Universidad de Warwick.

Ampliando la investigación

Dado que el origen inusual de WD 0525+526 solo se desveló al observar su espectro ultravioleta, es probable que otras enanas blancas aparentemente “normales” sean en realidad el resultado de colisiones cósmicas.

Por ello, los astrónomos creen que podría haber muchas más enanas blancas ultramasivas ocultas entre la población de enanas blancas conocidas.

“Queremos ampliar nuestra investigación en este tema explorando lo comunes que son las enanas blancas con carbono, y cuántas fusiones estelares se esconden entre la familia de enanas blancas normales”, comenta el coautor principal del estudio, Antoine Bedrad, también de la Universidad de Warwick. “Ese será un aporte importante para comprender los sistemas binarios de enanas blancas y las rutas hacia las explosiones de supernova.”

Fuente: Hubble uncovers rare white dwarf merger remnant