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Los astrónomos han descubierto un cadáver estelar conocido como
enana blanca que tiene aproximadamente el tamaño de la luna de la
Tierra. La enana blanca tiene unos 4.300 kilómetros de diámetro,
mientras que la Luna mide 3.500 kilómetros. La enana blanca aparece
sobre la luna en esta representación artística; en realidad, la
enana blanca se encuentra a 130 años luz de distancia, en la
constelación de Aquila. Crédito: Giuseppe Parisi |
Una enana blanca altamente magnetizada y de rápida rotación tan pequeña como la Luna
Los astrónomos han descubierto la enana blanca más pequeña y masiva jamás
vista. La ceniza humeante, que se formó cuando dos enanas blancas menos
masivas se fusionaron, es pesada, "empaquetando una masa mayor que la de
nuestro Sol en un cuerpo del tamaño de nuestra
Luna", dice Ilaria Caiazzo, investigadora asociada de la beca Sherman Fairchild
de Astrofísica Teórica en Caltech y autora principal del nuevo
estudio que aparece en el número del 1 de julio de la revista
Nature. "Puede parecer contradictorio, pero las enanas blancas más pequeñas
resultan ser más masivas. Esto se debe a que las enanas blancas carecen de la
combustión nuclear que mantiene a las estrellas normales contra su propia
gravedad, y su tamaño está regulado en cambio por la mecánica cuántica".
El
descubrimiento fue realizado por el Zwicky Transient Facility, o ZTF, que
opera en el Observatorio Palomar de Caltech; dos telescopios de Hawai'i-W. M.
Keck en Maunakea, isla de Hawai, y el Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope
and Rapid Response System) del Instituto de Astronomía de la Universidad de
Hawai, en Haleakala, Maui, ayudaron a caracterizar la estrella muerta, junto
con el telescopio Hale de 200 pulgadas de Palomar, el observatorio espacial
europeo Gaia y el observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA.
Las
enanas blancas son los restos colapsados de estrellas que alguna vez tuvieron
una masa ocho veces superior a la de nuestro Sol o más ligera. Nuestro Sol,
por ejemplo, después de hincharse hasta convertirse en una gigante roja dentro
de unos 5.000 millones de años, acabará desprendiéndose de sus capas
exteriores y reduciéndose hasta convertirse en una enana blanca compacta.
Alrededor del 97% de las estrellas se convierten en enanas blancas.
Mientras
que nuestro Sol está solo en el espacio sin una pareja estelar, muchas
estrellas orbitan unas alrededor de otras en parejas. Las estrellas envejecen
juntas, y si ambas tienen menos de ocho masas solares, ambas evolucionarán
hasta convertirse en enanas blancas.
El nuevo descubrimiento ofrece
un ejemplo de lo que puede ocurrir después de esta fase. La pareja de enanas
blancas, que gira en espiral una alrededor de la otra, pierde energía en forma
de ondas gravitacionales y acaba fusionándose. Si las estrellas muertas son lo
suficientemente masivas, explotan en lo que se llama una supernova de tipo Ia.
Pero si están por debajo de un determinado umbral de masa, se combinan en una
nueva enana blanca que es más pesada que cualquiera de las estrellas
progenitoras. Este proceso de fusión potencia el campo magnético de esa
estrella y acelera su rotación en comparación con la de las progenitoras.
Los
astrónomos afirman que la diminuta enana blanca recién descubierta, denominada
ZTF J1901+1458, tomó esta última ruta de evolución; sus progenitoras se
fusionaron y produjeron una enana blanca de 1,35 veces la masa de nuestro Sol.
La enana blanca tiene un campo magnético extremo casi mil millones de veces
más fuerte que el de nuestro Sol y gira sobre su eje a un ritmo frenético de
una revolución cada siete minutos (la enana blanca más veloz conocida, llamada
EPIC 228939929, gira cada 5,3 minutos).
"Hemos detectado un objeto muy interesante que no era lo suficientemente
masivo como para explotar", dice Caiazzo. "Estamos sondeando realmente lo masiva que puede ser una
enana blanca".
Es más, Caiazzo y sus colaboradores creen que la
enana blanca fusionada puede ser lo suficientemente masiva como para
evolucionar hacia una estrella muerta rica en neutrones, o estrella de
neutrones, que suele formarse cuando una estrella mucho más masiva que nuestro
Sol explota en una supernova.
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| Esta ilustración destaca una pequeña enana blanca recién descubierta por el ZTF, que tiene 4.300 kilómetros de diámetro, es decir, aproximadamente el tamaño de la luna de la Tierra, que tiene 3.500 kilómetros. Los dos cuerpos se muestran uno al lado del otro para comparar su tamaño. La joven y caliente enana blanca es también la enana blanca más masiva conocida, con un peso 1,35 veces superior al de nuestro sol. Crédito: Giuseppe Parisi |
"Esto es muy especulativo, pero es posible que la enana blanca sea lo
suficientemente masiva como para seguir colapsando en una estrella de
neutrones", dice Caiazzo. "Es tan masiva y densa que, en su núcleo, los
electrones están siendo capturados por los protones de los núcleos para
formar neutrones. Como la presión de los electrones empuja contra la
fuerza de la gravedad, manteniendo la estrella intacta, el núcleo colapsa
cuando se elimina un número suficientemente grande de electrones."
Si esta hipótesis de formación de estrellas de neutrones es
correcta, podría significar que una parte importante de otras estrellas de
neutrones toman forma de esta manera. La proximidad del nuevo objeto (a unos
130 años luz) y su corta edad (unos 100 millones de años o menos) indican que
objetos similares pueden darse con más frecuencia en nuestra galaxia.
Magnética y rápida
La enana blanca fue detectada por primera vez por Kevin Burdge, colega
de Caiazzo y becario postdoctoral en Caltech, tras buscar en imágenes de todo
el cielo captadas por el ZTF. Esta enana blanca en particular, cuando se
analizó en combinación con los datos de Gaia, destacó por ser muy masiva y
tener una rápida rotación.
"Nadie ha sido capaz de explorar sistemáticamente los fenómenos
astronómicos de corta duración en este tipo de escala hasta ahora. Los
resultados de estos esfuerzos son asombrosos", afirma Burdge, que en 2019 dirigió el equipo que descubrió un par de enanas
blancas que giraban una alrededor de la otra cada siete minutos.
A
continuación, el equipo analizó el espectro de la estrella utilizando el
Espectrómetro de Imágenes de Baja Resolución (LRIS) del Observatorio Keck, y
fue entonces cuando a Caiazzo le llamaron la atención las firmas de un campo
magnético muy potente y se dio cuenta de que ella y su equipo habían
encontrado algo "muy especial", como dice. La fuerza del campo magnético junto
con la velocidad de rotación de siete minutos del objeto indicaban que era el
resultado de dos enanas blancas más pequeñas que se fusionaban en una.
Los
datos de Swift, que observa la luz ultravioleta, ayudaron a precisar el tamaño
y la masa de la enana blanca. Con un diámetro de 3.000 kilómetros, ZTF
J1901+1458 se convierte en la enana blanca más pequeña conocida, superando a
las anteriores poseedoras del récord, RE J0317-853 y WD 1832+089, cada una de
ellas con un diámetro de unos 4.000 kilómetros.
En el futuro,
Caiazzo espera utilizar ZTF para encontrar más enanas blancas como ésta y, en
general, para estudiar la población en su conjunto. "Hay muchas preguntas que
abordar, como cuál es la tasa de fusiones de enanas blancas en la galaxia, y
es suficiente para explicar el número de supernovas de tipo Ia? ¿Cómo se
genera un campo magnético en estos potentes acontecimientos y por qué hay tal
diversidad de intensidades de campo magnético entre las enanas blancas?
Encontrar una gran población de enanas blancas nacidas de fusiones nos ayudará
a responder a todas estas preguntas y a otras más".
Fuentes y referencias:
Más información: Caiazzo, I. et al, A highly magnetized and rapidly rotating white dwarf as small as the Moon, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03615-y