Estrella enana blanca de dos caras deja a los astrónomos desconcertados

Estrella enana blanca de dos caras deja a los astrónomos desconcertados

Marca de tiempo: 19 de julio de 2023 11:00 a. M.

Esta impresión artística de la estrella enana blanca de dos caras muestra la estrella como una bola brillante de color blanco azulado, un lado de la cual es más oscuro y de apariencia más granular que el otro.
Hidrógeno y helio: una impresión artística de la estrella enana blanca de dos caras. (Cortesía: K Miller, Caltech/IPAC)

Una estrella enana blanca que gira rápidamente y que contiene dos hemisferios opuestos (uno cubierto de hidrógeno y el otro de helio) tiene a los astrónomos preguntándose cómo llegó a ser así. La estrella, apodada “Janus” en honor al dios romano de transición de dos caras, fue descubierta por el Instalación transitoria de Zwicky (ZTF) en el Observatorio Palomar en EE. UU., y una posible explicación es que sea el resultado de un campo magnético fuerte pero desequilibrado generado por la fusión de dos enanas blancas.

Las enanas blancas son los restos de estrellas similares al Sol que cesaron las reacciones nucleares en su interior, se hincharon sus capas exteriores y experimentaron una contracción gravitacional de sus núcleos remanentes. Los objetos resultantes son aproximadamente del tamaño de la Tierra, pero con la masa de una estrella.

Aunque las enanas blancas nacen calientes, se van enfriando gradualmente a medida que envejecen. Este enfriamiento afecta su estructura. A temperaturas superiores a 35,000 K, sus superficies están cubiertas por una capa de hidrógeno que envuelve una subcapa de helio. Una vez que la temperatura de la superficie se enfría a 35,000-25,000 K (la temperatura exacta depende de la masa de la estrella), esta capa de helio comienza a convectarse. Si la capa superior de hidrógeno es lo suficientemente delgada, puede disiparse en el helio turbulento.

Alrededor del 40% de las enanas blancas han realizado esta transición del predominio del hidrógeno al predominio del helio. Sin embargo, dado que la transición normalmente ocurre en cuestión de segundos, nadie ha visto que suceda, tal vez hasta ahora.

¿Atrapado en la transición?

Oficialmente designada como ZTF J203349.8+322901.1 (los números son sus coordenadas de ascensión recta y declinación en el cielo) y ubicada a más de 1300 años luz de distancia, la enana blanca Jano atrajo la atención del astrofísico del Instituto Tecnológico de California. Ilaria Caiazzo debido a sus rápidos cambios de brillo. Observaciones adicionales realizadas por Palomar y otras instalaciones mostraron que la estrella completa una rotación cada 15 minutos, durante la cual su brillo varía desde un máximo cuando su cara cubierta de hidrógeno apunta hacia la Tierra, hasta un mínimo cuando vemos el hemisferio opuesto cubierto de helio.

La pregunta es, ¿por qué? "Es posible que finalmente hayamos atrapado a una enana blanca en el momento de la transición", dice Caiazzo. Mundo de la Física. De hecho, según los hallazgos del equipo que Caiazzo reunió para investigar el descubrimiento, Janus parece haberse quedado estancado en la transición. En uno de sus hemisferios, la convección del helio parece haber consumido el hidrógeno, pero misteriosamente no parece haber ocurrido lo mismo en el otro. Escribiendo en Naturaleza, El equipo sugiere que un campo magnético suficientemente fuerte desplazado desde el centro de la enana blanca podría estar inhibiendo la convección de helio en un hemisferio y no en el otro, pero esta explicación es provisional. Basta decir que nadie había visto antes una enana blanca de dos mitades.

"No existe ningún modelo que prediga esto", dice un miembro del equipo Pier-Emmanuel Treblay, astrónomo de la Universidad de Warwick, Reino Unido. "En astrofísica, cuando algo está mal y necesita ser ajustado, la gente a menudo invoca campos magnéticos, y este es un ejemplo perfecto de ello".

Alrededor del 20% de las enanas blancas son magnéticas y algunas tienen intensidades de campo de hasta mil millones de Gauss. En comparación, el campo magnético de la Tierra es medio Gauss, mientras que la intensidad del campo magnético en la superficie del Sol es aproximadamente un Gauss. Para Janus, el equipo estima que el campo debe ser de 1 a 1000 millón de Gauss. Si es más fuerte, distorsionaría las líneas espectrales de la estrella.

"Para Janus, asumimos que hay un campo magnético porque de otro modo sería muy difícil explicar la diferente composición en las dos caras", dice Caiazzo. Sin embargo, añade, "todavía no sabemos por qué sólo algunas enanas blancas son magnéticas y de dónde proviene esta enorme diversidad en las intensidades de los campos".

¿Una fusión de enanas blancas?

El fuerte y desequilibrado campo magnético de Jano, su rápida velocidad de rotación, su gran masa (entre 1.20 y 1.27 masas solares) y su composición de dos caras apuntan a una enana blanca bastante notable. Para Tremblay, esto indica que pueden estar en juego otros factores. “Además de un campo magnético, esta enana blanca debe tener algo especial”, afirma.

Tremblay especula que Jano podría haberse formado mediante la fusión de dos enanas blancas, un evento que podría haber creado dinamos magnéticos internos. "La rápida rotación y la generación y asimetría del campo magnético apuntan a una evolución binaria y una fusión", dice.

Tremblay también se muestra escéptico acerca de que el campo magnético sea un dipolo desplazado. La estructura del campo magnético interno de las estrellas enanas blancas aún no se comprende bien y, en su opinión, invocar un dipolo desplazado podría ocultar una geometría de campo magnético de orden superior.

"En mi opinión, esto significa que el campo magnético podría no ser dipolar", dice Tremblay. “En su lugar, podría ser un cuadrupolo, con cuatro polos, por ejemplo. Esto no significa necesariamente que el campo esté desplazado del centro”.

Implicaciones para las mediciones de distancia

Cuando las enanas blancas explotan como supernovas de tipo Ia, su brillo bien comprendido permite a los astrónomos tratarlas como velas estándar, una herramienta vital para medir distancias a través del cosmos y la tasa de expansión del universo. Sin embargo, los astrónomos aún no están seguros de cuántas supernovas de tipo Ia ocurren cuando una sola enana blanca acumula demasiada materia de una estrella compañera y explota, y cuántas ocurren debido a la fusión de dos enanas blancas que, cuando se combinan, exceden la masa de Chandrasekhar. límite de 1.44 masas solares y explotar.

Si Janus es de hecho el producto de una fusión de dos enanas blancas más pequeñas, encontrar más ejemplos de enanas blancas en media transición permitirá a los astrónomos limitar el número de tales sistemas y cuánto podrían contribuir a la población de supernovas de tipo Ia.

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