Logran explicar las características de dos grupos de estrellas exóticas

Se trata de dos tipos de estrellas calientes y azules conocidas como subenanas calientes, que, en apariencia, son bastante distintas entre sí. Unas, pulsantes, es decir que tienen variaciones periódicas de brillo o titilan, que presentan una atmósfera enriquecida en helio (He) y fueron detectadas en el halo de estrellas viejas que circunda a la Vía Láctea. Las otras, ubicadas en un extremo del disco de nuestra galaxia, con una atmósfera completamente exótica dominada por carbono (C) y oxígeno (O). La existencia de estas últimas, reportada hoy por un grupo de astrónomos alemanes, “desafía nuestro conocimiento sobre los mecanismos de formación estelar”, según comenta Marcelo Miller Bertolami, investigador independiente del CONICET en el Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP, CONICET-UNLP)  y primer autor de otro estudio que se publica en simultáneo en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) Letters, en el que junto a su equipo aporta una posible respuesta a la composición y comportamiento de ambas clases de astros.

“Con nuestro grupo del IALP veníamos trabajando sobre las estrellas pulsantes enriquecidas en He ubicadas en el halo galáctico cuando, unos meses atrás, nos contactaron los colegas alemanes que habían hallado estas otras en el disco de la galaxia, dominadas por C y O, a las que no les encontraban respuesta. En ese momento estábamos realizando algunos ajustes al código de evolución estelar, es decir el programa que utilizamos para hacer los cálculos, y creímos que nuestro modelo podía aplicar tanto para explicar nuestras estrellas como las que ellos habían encontrado”, cuenta Miller Bertolami.

Según el astrónomo, por un lado, la atmósfera enriquecida en He que presentan las estrellas pulsantes es algo bastante atípico, porque normalmente el material predominante en las subenanas calientes es el hidrógeno (H) y, por otro, en las halladas por los alemanes se ve una abundancia de C y O exacerbada –del 20 al 30 por ciento de lo que hay en la superficie, cuando lo normal es menos del 1 por ciento, ya que estos elementos suelen producirse en el interior estelar a causa de la fusión de H y He– y con temperaturas y luminosidades muy por debajo del único grupo conocido de estrellas que presentan esa composición. “Es decir que ninguna de las dos encajaba en el único escenario posible. Son objetos raros, poco comunes, por lo que de algún modo la explicación a cómo fue su formación tenía que ser también rara o excepcional”, dice el experto, quien junto a su grupo se propuso darle un giro a la trama estándar que cuenta la manera en que estos astros evolucionan.

“Uno de los escenarios que puede dar lugar al nacimiento de una estrella es la unión de dos enanas blancas –estrellas ya moribundas, en la última etapa de su evolución–, lo que se conoce como merger (del inglés fusión), que evolucionan de manera binaria”, explica Miller Bertolami, y continúa: “Esto es lo que suele ocurrir, pero normalmente ese proceso no deja como resultado altas composiciones de carbono y oxígeno como las que presentan los objetos hallados por los colegas alemanes. Nuestra idea es que pudo darse una fusión estelar muy particular, en un contexto y bajo unas condiciones iniciales determinadas, para que sí pueda llegar a darse esa situación”.

Lo que postula el grupo platense es este escenario: un sistema binario con dos estrellas de masas similares a la de Sol, una un poco más grande que la otra (por ejemplo, 1,5 y 1,4 masas solares, respectivamente), en el que, como lo indica el modelo estándar, la de mayor masa evoluciona primero, dando lugar a un proceso denominado de transferencia de masa. “Allí, la más grande se transforma en una gigante roja –una de las últimas etapas de la adultez estelar– y le transfiere masa a la más pequeña. Esta que recibe masa, engorda y acelera su evolución”.

Según el experto, luego de este proceso, la estrella originalmente más grande da lugar a una enana blanca con núcleo de helio relativamente masiva (0,4 masas solares), y la otra forma una enana blanca con núcleo de carbono y oxígeno de menor masa (0,35 masas solares). “A partir del modelo estándar, en estos escenarios, la de C y O es la más masiva. Pero con la elección particular de masas iniciales que hicimos para nuestro modelo, ocurre lo contrario, la enana blanca de He tiene más masa que la otra. Esta es la excepción, lo que se llama espacio parámetro, que permite explicar la composición de los objetos que observamos”, comenta.

“Estos dos objetos resultantes del proceso de transferencia de masa terminan fusionándose en una sola estrella. Lo que ocurre siempre, desde el modelo estándar, es que la de mayor masa destruye a la otra y acreta –incorpora– su material. Como en este caso la de mayor masa es la de helio, ella absorbe el material de su compañera, y el carbono y oxígeno de esta quedan en su superficie. Cuando ocurre esa acreción, la de helio deja de ser una enana blanca, se convierte en una subenana caliente y empieza a encender el He en su centro, lo que hace que se posicione en las luminosidades que se le observan. Y a pesar de estar quemando He, tiene la superficie cubierta de C y O, que es lo que vemos en las estrellas alemanas”, describe.

El mismo modelo, con el mismo giro argumental, permite entender lo que ocurre con las estrellas pulsantes que venían estudiando los expertos platenses: “partiendo de un sistema binario con dos estrellas de cerca de la mitad de la masa solar, siempre una mayor que la otra, nos queda un objeto que comienza a evolucionar. Durante ese proceso, la difusión del hidrógeno y el He tapan un poco la superficie, entonces el carbono y el oxígeno ya no son visibles, pero siguen estando abajo. A pesar de que estos objetos pulsadores tienen una atmósfera de helio, por debajo de la superficie bien podrían tener una capa de mucho C y O capaz de empujar o excitar las pulsaciones”, detalla.

Para cerrar, Miller Bertolami resalta que esta es “una explicación viable y consistente”, aunque deben considerarse las restricciones observacionales que se tienen a la hora de estudiar estos objetos. “De ningún modo es un escenario cerrado, sino que nos invita a continuar indagando”.

Por Marcelo Gisande.

Referencia bibliográfica:

Bertolami, M. M., Battich, T., Córsico, A. H., Althaus, L. G., & Wachlin, F. C. (2022). An evolutionary channel for CO-rich and pulsating He-rich subdwarfs. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. DOI: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slab134

 Sobre investigación:

Marcelo Miller Bertolami. Investigador independiente. IALP.

Tiara Battich. Instituto Max Planck de Astrofísica, Garching, Alemania.

Alejandro Córsico. Investigador principal. IALP.

Leandro Althaus. Investigador principal. IALP.

Felipe Wachlin. Investigador adjunto. IALP.