Un sorprendente hallazgo cambia el paradigma que explica cómo es la vejez de la mayoría de las estrellas del Universo

La gran mayoría de las estrellas del Universo –cerca del 98 por ciento, incluido nuestro Sol– terminarán su vida como enanas blancas, esto es, la etapa final de su evolución en la que se van volviendo cada vez más frías y menos luminosas, desvaneciéndose de manera gradual hasta oscurecer. El paradigma vigente indica que el ritmo de envejecimiento es igual para todas ellas, por lo que se las considera “relojes cósmicos” útiles para inferir edades de otros objetos de nuestra galaxia y de poblaciones estelares cercanas. Sin embargo, un hallazgo que se reporta hoy en la prestigiosa revista científica Nature Astronomy cambia la comprensión sobre cómo es el envejecimiento de estos astros y postula que en algunos casos puede demorar cerca del doble de tiempo que resulta de los modelos estándar. El trabajo fue encabezado por expertos de la Universidad de Bolonia, Italia, y contó con la participación del investigador del CONICET Leandro Althaus, del Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP, CONICET-UNLP).

El estudio se basó en observaciones profundas realizadas con el telescopio espacial Hubble –un proyecto conjunto de la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA)– sobre dos cúmulos globulares de estrellas, denominados M3 y M13, ubicados a 33 mil y 25 mil años luz de la Tierra, respectivamente, en las constelaciones de Canes Venatici y Hércules. Se trata de dos sistemas “casi mellizos”, ya que comparten muchas propiedades físicas: la edad, su masa total y el contenido de metales, es decir su composición general, y el hecho de que las estrellas que los componen nacieron al mismo tiempo. “En lo que difieren es en las características de la población estelar de cada uno que se encuentra a punto de ingresar en la etapa de enana blanca. Esto hace que juntos se configuren como un laboratorio natural perfecto para comparar cómo las enanas blancas envejecen en cada uno de los cúmulos”, comenta Althaus.

La comparación entre ambos sistemas arrojó una gran sorpresa: la población de enanas blancas en M13 es mucho más numerosa que en M3, pese a que globalmente contiene menos estrellas. “Este resultado sugiere que la mayoría de las enanas blancas en M13 envejecen más lentamente, haciendo que permanezcan brillando y visibles por más tiempo, que en M3, donde encontramos enanas blancas con la tasa de envejecimiento estándar”, comenta.

“Lo tradicionalmente aceptado –continúa el experto– es que las enanas blancas carecen de la posibilidad de producir energía, por ejemplo, mediante la generación de reacciones termonucleares estables en el tiempo, porque al llegar a esa etapa ya consumieron todo el combustible nuclear. Entonces, como consecuencia de esto, su envejecimiento resulta de un simple proceso de enfriamiento”.  En ese sentido, lo relevante del hallazgo es que altera ese concepto y contradice la visión ampliamente aceptada: “Encontramos evidencia de que existen enanas blancas que conservan quema nuclear residual, es decir reacciones nucleares en su superficie, por lo que mantienen una fuente de energía similar a la que usa el Sol para transforma hidrógeno en helio. Este resabio de energía es lo que hace que envejezcan mucho más lentamente. Si en una enana blanca típica que observamos en los cúmulos el proceso lleva unos 80 millones de años, en estas puede durar hasta unos 150 millones de años”, describe.

Según Althaus, la causa por la que uno de los cúmulos presenta este tipo particular de enanas blancas y el otro no, se remonta al pasado de esas estrellas: “La gran mayoría de estrellas progenitoras de enanas blancas en M13 poseen masas estelares por debajo de 0,56 masas solares. Como consecuencia de ello, se saltean una etapa de la evolución, denominada tercer dragado, un estadio en el que se terminan de quemar los restos de hidrógeno que quedan en la superficie. Al saltearse ese paso, mantienen su capa o envoltura de hidrógeno, que es el remanente de energía que les permite tener reacción nuclear, y así logran retrasar su proceso de envejecimiento”, apunta Althaus.

El trabajo viene a confirmar las predicciones realizadas cinco años atrás por el grupo de Althaus en el IALP, cuando encontró evidencia teórica de que las enanas blancas evolucionaban más lentamente como resultado de la liberación de energía nuclear: “Esta fuente de energía produce una clase de enana blanca que se enfría muy lentamente; son similares a sus hermanas normales, presentan el mismo brillo, pero tienen una edad mucho mayor”, describe.

El descubrimiento tiene consecuencias directas sobre los métodos con los que los astrónomos miden la edad de las estrellas en la Vía Láctea y de las poblaciones estelares cercanas. Según el equipo, si se considera este nuevo escenario de existencia de enanas blancas con combustión activa de hidrógeno en su superficie, las estimaciones realizadas en base a las tasas de enfriamiento predecibles del modelo aceptado podrían ser inexactas hasta en mil millones de años: “Estos objetos se usan como relojes cósmicos para determinar edades, pero también como laboratorios naturales para la comprobación de distintas teorías físicas, de modo que nuestro hallazgo puede cambiar las conclusiones sobre procesos físicos que van más allá de la astrofísica estelar”, concluye Althaus.

Por Marcelo Gisande.

Sobre investigación:

Jianxing Chen. Universidad de Bolonia, Italia.

Francesco R. Ferraro. Universidad de Bolonia, Italia.

Mario Cadelano. Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), Italia.

Maurizio Salaris. Universidad John Moores de Liverpool, Inglaterra.

Barbara Lanzoni. Universidad de Bolonia, Italia.

Cristina Pallanca. Universidad de Bolonia, Italia.

Leandro Althaus. Investigador principal. IALP.

Emanuele Dalessandro. Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), Italia.

Referencia bibliográfica:

Chen, J., Ferraro, F.R., Cadelano, M. et al. Slowly cooling white dwarfs in M13 from stable hydrogen burning. Nat Astron (2021). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-021-01445-6