Estudian un singular “diamante” gigante que titila a 150 años luz de la Tierra

Se trata de una enana blanca, es decir una estrella moribunda compacta –alberga aproximadamente la misma materia que el Sol en el tamaño de un planeta– que agotó su combustible nuclear y atraviesa la última etapa de su evolución. Está a 46 pársecs de la Tierra, y como un pársec equivale a 3 años luz, se estima que se encuentra a cerca de 150 años luz de nuestro planeta. La región en la que fue detectada está plagada de astros similares: el telescopio espacial Gaia, de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés), ya halló alrededor de 13 mil enanas blancas y se habla de que existen otras 200 mil. Pero la que motivó el estudio que se publicó recientemente en Nature Astronomy presenta características que la vuelven única.

Por empezar, los expertos de la Universidad de Warwick, Inglaterra que encabezaron el trabajo la catalogaron como “ultra masiva”, ya que su masa supera la del Sol: 1,16 masas solares, en contraste con la que presentan otras enanas blancas que oscilan en alrededor de 0,6 masas solares, cerca de la mitad de la de ese astro. Pero además, al analizar su espectro, es decir al descomponer la luz que emite, se encontraron con un rasgo tan particular como difícil de explicar: una composición química inédita que combina hidrógeno y carbono. Para dilucidar el porqué de esa mezcla, los investigadores ingleses tomaron contacto con colegas del Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP, CONICET-UNLP) para que estos elaboraran una serie de modelos matemáticos a partir de los cuales inferir las causas.

“Lo que se espera encontrar en una enana blanca estándar es una mezcla de tres capas: una envoltura externa de hidrógeno, una intermedia de helio y una interna formada por carbono y oxígeno. En determinado momento ocurre un proceso convectivo que lleva el material pesado desde la superficie hacia el interior y el liviano en sentido inverso. Es como un mecanismo de dragado durante el cual las capas externas y visibles deberían verse enriquecidas en helio. En el caso de esta estrella, es la primera en ser observada que sólo presenta hidrógeno y carbono en su superficie, pero no helio, a lo cual no se encontraba explicación”, comenta la becaria del CONICET en el IALP María Eugenia Camisassa, una de las autoras del paper.

La primera estrategia de los investigadores para hallar una respuesta a la incógnita planteada fue ir hacia atrás e imaginar de qué manera había sido el escenario de formación de la estrella. “El núcleo de las enanas blancas puede presentar al menos dos tipos de composiciones, según cómo fue su evolución previa”, plantea Alejandro Hugo Córsico, investigador del CONICET en el IALP, y explica: “Una opción es que esté formado por carbono y oxígeno, y otra es que tenga oxígeno y neón. En este último caso, la formación del astro se dio de forma aislada, como ocurrió con el Sol. En el primero ocurre producto de una evolución binaria, donde se da la fusión de dos enanas blancas más pequeñas y menos masivas. Como habían hallado carbono, los ingleses se inclinaban por esta alternativa”.

En ese sentido, los profesionales platenses idearon dos modelos matemáticos simulando cada uno de los escenarios, pero en sus simulaciones la composición química superficial debida al dragado no variaba para una u otra opción. “Sí cambiaba cuando se modificaban los parámetros de los componentes químicos de la envoltura de la estrella. Si bien no se pudo explicar el origen de la enana blanca, se logró concluir que la capa de helio es muy delgada, entonces durante el proceso de dragado deja que el carbono flote en la superficie, y luego se diluye”, explica Córsico.

El trabajo también permitió observar el movimiento de la estrella: hacia dónde va y la velocidad a la que se mueve. “Tiene una velocidad muy alta, lo que da indicios de que es muy vieja”, destaca Córsico, y apunta para graficar: “Se estima que el Sol tiene 5 mil millones de años. La que estudiamos, unos 8 a 10 mil millones de años”. Este dato es importante porque sustenta la idea de que se trata de una estrella que nació a partir de un merger (la palabra en inglés para decir fusión), como se llama a las que surgen de la unión de dos estrellas luego de la evolución binaria: “Si bien queda abierta la idea sobre cómo está compuesto el núcleo, esto da una pauta, pero hay que seguir observándola”, señala el experto.

La estrella estudiada tiene una particularidad adicional: es pulsante, es decir titila, tiene oscilaciones en su brillo. Lo que los expertos platenses proponen ahora es continuar estudiando su interior midiendo los períodos de esas pulsaciones para dilucidar la composición de su núcleo. “Algo que podemos evaluar en base a esos datos es el nivel de cristalización que tiene. Cuando se enfrían, estos objetos se cristalizan y una parte de su núcleo queda en estado sólido, en un proceso similar al que ocurre en la formación de diamantes, que en definitiva son carbono comprimido a muy alta temperatura. El porcentaje de cristalización nos puede dar la certeza de si efectivamente se trata de un merger”, concluye Córsico.

Por Marcelo Gisande.

Referencia bibliográfica:

Hollands, M. A., Tremblay, P. E., Gänsicke, B. T., Camisassa, M. E., Koester, D., Aungwerojwit, A., ... & Hoskin, M. J. (2020). An ultra-massive white dwarf with a mixed hydrogen–carbon atmosphere as a likely merger remnant. Nature Astronomy, 1-7. DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-020-1028-0

Sobre investigación:

Mark A. Hollands. Universidad de Warwick, Inglaterra.

Pier-Emmanuel Tremblay. Universidad de Warwick, Inglaterra.

Boris T. Gänsicke. Universidad de Warwick, Inglaterra.

María Eugenia Camisassa. Becaria postdoctoral. IALP.

Detlev Koester. Universidad de Kiel, Alemania.

Amornrat Aungwerojwit. Universidad de Naresuan, Tailandia.

Paul Chote. Universidad de Warwick, Inglaterra.

Alejandro Hugo Córsico. Investigador independiente. IALP.

Vik S. Dhillon. Universidad de Sheffield, Inglaterra.

Nicola P. Gentile-Fusillo. Universidad de Warwick, Inglaterra.

Matthew J. Hoskin. Universidad de Warwick, Inglaterra.

Paula Izquierdo. Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), Tenerife, España.

Tom R. Marsh. Universidad de Warwick, Inglaterra.

Danny Steeghs. Universidad de Warwick, Inglaterra.