21 Jul Jano, la misteriosa enana blanca de dos caras

Por primera vez, los astrónomos han descubierto una enana blanca (un núcleo quemado de una estrella muerta) con dos caras: Un lado de la enana blanca está compuesto de hidrógeno, mientras que el otro está formado por helio.

«La superficie de la enana blanca cambia completamente de un lado a otro», dice Ilaria Caiazzo, becaria postdoctoral en Caltech que dirige un nuevo estudio sobre los hallazgos en la revista Nature. «Cuando muestro las observaciones a la gente, quedan impresionados».

Las enanas blancas son los restos hirvientes de estrellas que alguna vez fueron como nuestro sol. A medida que las estrellas envejecen, se hinchan hasta convertirse en gigantes rojas; con el tiempo, su material exterior esponjoso es expulsado y sus núcleos se contraen en enanas blancas densas y ardientes. Nuestro sol se convertirá en una enana blanca en unos 5 mil millones de años.

Rápidos cambios de brillo

La enana blanca recién descubierta, apodada Jano por el dios romano de la transición, que se representa con dos caras, fue descubierta inicialmente por el Zwicky Transient Facility (ZTF), un instrumento que escanea los cielos todas las noches desde el Observatorio Palomar de Caltech cerca de San Diego.

Caiazzo había estado buscando enanas blancas altamente magnetizadas, como el objeto conocido como ZTF J1901+1458, que ella y su equipo encontraron previamente usando ZTF.

Un objeto candidato destacaba por sus rápidos cambios de brillo, por lo que Caiazzo decidió investigar más a fondo con el instrumento CHIMERA en Palomar, así como con HiPERCAM en el Gran Telescopio Canarias en las Islas Canarias de España. Esos datos confirmaron que Jano gira sobre su eje cada 15 minutos.

Las observaciones posteriores realizadas con el Observatorio W. M. Keck en la cima de Maunakea en Hawái revelaron la misteriosa naturaleza de dos caras de la enana blanca.

El equipo utilizó un instrumento llamado espectrómetro para difundir la luz de la enana blanca en un arco iris de longitudes de onda que contienen huellas dactilares químicas: Los datos revelaron la presencia de hidrógeno cuando un lado del objeto estaba a la vista (sin signos de helio), y solo helio cuando el otro lado estaba a la vista.

Rara fase de transición

¿Qué causa que una enana blanca flotando sola en el espacio tenga caras tan drásticamente diferentes? En el equipo reconocen que están desconcertados, pero han presentado algunas posibles teorías.

Una idea es que podemos estar presenciando a Jano atravesando una rara fase de evolución de enana blanca: «No todas, pero algunas enanas blancas pasan de estar dominadas por hidrógeno a helio en su superficie», explica Caiazzo. «Es posible que hayamos atrapado a una de esas enanas blancas en el acto».

Después de que se formen las enanas blancas, los elementos más pesados se hunden en sus núcleos y los elementos más livianos (el hidrógeno es el más liviano de todos) flotan hacia la parte superior.

Pero con el tiempo, a medida que las enanas blancas se enfrían, se cree que los materiales se mezclan. En algunos casos, el hidrógeno se mezcla en el interior y se diluye de tal manera que el helio se vuelve más frecuente.

Jano puede encarnar esta fase de transición, pero una pregunta apremiante es: ¿por qué ocurre la transición de una manera tan inconexa, con un lado evolucionando antes que el otro?

Campos magnéticos

La respuesta, según el equipo científico, puede estar en los campos magnéticos: «Los campos magnéticos alrededor de los cuerpos cósmicos tienden a ser asimétricos o más fuertes en un lado«, explica Caiazzo. «Los campos magnéticos pueden evitar la mezcla de materiales.

Entonces, si el campo magnético es más fuerte en un lado, ese lado tendrá menos mezcla y, por lo tanto, más hidrógeno».

Otra teoría propuesta por el equipo para explicar las dos caras también depende de los campos magnéticos. Pero en este escenario, se cree que los campos cambian la presión y la densidad de los gases atmosféricos.

«Los campos magnéticos pueden conducir a presiones de gas más bajas en la atmósfera, y esto puede permitir que se forme un ‘océano’ de hidrógeno donde los campos magnéticos son más fuertes», dice el coautor James Fuller, profesor de astrofísica teórica en Caltech. «No sabemos cuál de estas teorías es correcta, pero no podemos pensar en ninguna otra forma de explicar los lados asimétricos sin campos magnéticos».

Para ayudar a resolver el misterio, el equipo espera encontrar más enanas blancas similares a Jano con el estudio del cielo de ZTF. «ZTF es muy bueno para encontrar objetos extraños», dice Caiazzo. Estudios futuros, como los que realizará el Observatorio Vera C. Rubin en Chile, dice, deberían facilitar aún más la búsqueda de enanas blancas variables.

Enanas blancas

El destino final de una estrella depende de su masa inicial. Hay varias formas posibles en las que ciertas estrellas (con masas iniciales entre alrededor del 80% y diez veces la del Sol) podrían convertirse en enanas blancas.

La gran mayoría de las enanas blancas se forman después de que una estrella moribunda se haya desprendido de sus capas externas para formar una nebulosa planetaria, dejando atrás un núcleo interno de aproximadamente el tamaño de la Tierra, que es la enana blanca.

Otras enanas blancas en sistemas binarios pueden explotar como novas, pero luego no formar una estrella de neutrones o un agujero negro. Las estrellas más masivas tienen un destino diferente y explotan como supernovas.

Las enanas blancas ya no soportan reacciones de fusión nuclear que generan energía, pero siguen siendo extremadamente calientes. Se enfrían con el tiempo y se predice que finalmente formarán «enanas negras», aunque es probable que el Universo aún no tenga la edad suficiente para que existan enanas negras.

Por lo tanto, los astrónomos pueden utilizar la luminosidad de las enanas blancas para medir cuánto tiempo hace que comenzó la formación de estrellas en una región en particular.

Al proporcionar importantes “registros fósiles” de las estrellas de las que se formaron, las enanas blancas son una importante herramienta cosmológica.

Fuente: Two-Faced Star Exposed