Solidificación post mortem.
GAIA revela como las estrellas se solidifican después de su muerte.
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| Ilustración de una enana blanca, el remanente muerto de una estrella como nuestro Sol, con un núcleo cristalizado y sólido. Las enanas blancas son los restos de estrellas medianas similares a nuestro Sol. Una vez que estas estrellas han quemado todo el combustible nuclear en su núcleo, arrojan sus capas externas, dejando atrás un núcleo caliente que comienza a enfriarse. Los datos capturados por la nave espacial de cartografía de galaxias de la ESA, Gaia, revelaron por primera vez cómo las enanas blancas se convierten en esferas sólidas a medida que la materia originalmente caliente dentro de su núcleo comienza a cristalizar, volviéndose sólida. Copyright Universidad de Warwick / Mark Garlick. |
Datos recogidos por la misión de astrometría espacial Gaia de la ESA han revelado por primera vez cómo las enanas blancas, restos muertos de estrellas como nuestro Sol, se convierten en esferas sólidas cuando se enfría el gas caliente de su interior.
Este proceso de solidificación —o cristalización— del material interior de las enanas blancas se predijo hace unos 50 años, pero ha sido la llegada de Gaia lo que ha permitido a los astrónomos observar un número suficiente de estos objetos con bastante precisión como para ver el patrón que muestra el proceso.
“Hasta ahora, solo contábamos con las distancias de varios cientos de enanas blancas y muchas de ellas se encontraban en cúmulos, por lo que todas tenían la misma edad”, explica Pier-Emmanuel Tremblay, de la Universidad de Warwick (Reino Unido) y autor principal del artículo que describe los resultados, publicado ayer en Nature.
“Gracias a Gaia, ahora disponemos de la distancia, el brillo y el color de cientos de miles de enanas blancas, lo que constituye una muestra representativa del disco exterior de la Vía Láctea que abarca una serie de masas iniciales y todo tipo de edades”.
El cálculo exacto de la distancia a estas estrellas es lo que distingue a Gaia, ya que permite a los astrónomos medir su brillo real con una precisión sin precedentes.
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| El satélite Gaia de la ESA es un telescopio espacial diseñado para medir las posiciones de miles de millones de estrellas con una precisión sin precedentes. Gaia se lanzó el 19 de diciembre de 2013 y se encuentra en el punto L2 de Lagrange, el mismo lugar que tendrá el próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA / ESA / CSA. Crédito: ESA / ATG medialab. |
Las enanas blancas son los restos de estrellas de tamaño medio, similares a nuestro Sol. Una vez que estas estrellas han consumido el combustible nuclear de su interior, expulsan sus capas exteriores y dejan un núcleo caliente que comienza a enfriarse.
Estos restos ultradensos continúan emitiendo radiación a medida que se enfrían y son visibles en forma de objetos tenues. Se calcula de hasta el 97 % de las estrellas de la Vía Láctea acabarán por convertirse en enanas blancas, mientras que las estrellas más masivas terminarán convirtiéndose en estrellas de neutrones o agujeros negros.
El enfriamiento de las enanas blancas dura miles de millones de años. Cuando alcanzan determinada temperatura, la materia inicialmente caliente del núcleo de la estrella empieza a cristalizarse y se solidifica. Este proceso es parecido al del agua líquida que se convierte en hielo en la Tierra cuando alcanza los cero grados Celsius, salvo por que la temperatura a la que se produce la solidificación de las enanas blancas es extremadamente alta: unos 10 millones de grados Celsius.
En este estudio, los astrónomos analizaron más de 15.000 candidatos a remanentes estelares observados por Gaia en un radio de 300 años luz de la Tierra y pudieron apreciar que estas enanas blancas en proceso de cristalización formaban un grupo separado.
“Vimos una acumulación de enanas blancas de ciertos colores y luminosidades que, por lo demás, no tenían que ver en términos de evolución”, explica Pier-Emmanuel.
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| Evolución estelar. Impresión artística de algunas posibles vías evolutivas para estrellas de diferentes masas iniciales. Algunas protoestrellas, enanas marrones, nunca se calientan lo suficiente como para encenderse en estrellas de pleno derecho, y simplemente se enfrían y se desvanecen. Las enanas rojas, el tipo más común de estrella, siguen ardiendo hasta que han transformado todo su hidrógeno en helio, convirtiéndose en una enana blanca. Las estrellas similares al Sol se convierten en gigantes rojas antes de inflar sus conchas externas en nebulosas coloridas mientras sus núcleos se colapsan en una enana blanca. Las estrellas más masivas se colapsan abruptamente una vez que han quemado su combustible, provocando una explosión de supernova o ráfaga de rayos gamma, y dejando atrás una estrella de neutrones o un agujero negro. Crédito: ESA |
“Nos dimos cuenta de que no se trataba de una población distintiva de enanas blancas, sino del efecto del enfriamiento y la cristalización predichos hace 50 años”.
El calor liberado durante el proceso de cristalización, que dura miles de millones de años, parece ralentizar la evolución de las enanas blancas: las estrellas muertas dejan de atenuarse y, en consecuencia, parecen hasta 2.000 millones de años más jóvenes de lo que son. Esto, a su vez, influye en nuestra comprensión de los agrupamientos estelares de los que forman parte estas enanas blancas.
“Las enanas blancas se solían emplear para calcular la edad de poblaciones estelares, como cúmulos estelares, el disco exterior o el halo de nuestra Vía Láctea”, advierte Pier-Emmanuel.
“Ahora tenemos que desarrollar modelos de cristalización mejores para obtener estimaciones más precisas de la edad de estos sistemas”.
No todas las enanas blancas cristalizan al mismo ritmo. Las estrellas más masivas se enfrían más rápido y alcanzan la temperatura de cristalización en unos 1.000 millones de años. Las enanas blancas con masas inferiores, más cerca de la fase final prevista del Sol, se enfrían con mayor lentitud, por lo que tardan hasta 6.000 millones de años en convertirse en esferas sólidas.
A nuestro Sol aún le quedan unos 5.000 millones de años antes de transformarse en una enana blanca, y los astrónomos calculan que tardará otros 5.000 millones de años más en enfriarse hasta convertirse en una esfera cristalizada.
“Este resultado demuestra la versatilidad de Gaia y sus numerosas aplicaciones”, concluye Timo Prusti, científico del proyecto Gaia de la ESA.
“Es emocionante ver cómo el cartografiado de las estrellas del firmamento y la medición de sus propiedades permite demostrar fenómenos de plasma en materia tan densa que no se puede probar en el laboratorio”.
Secuencia de refirgeración y cristalización de una estrella enana blanca.
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| Datos de GAIA. |
Este diagrama, conocido como diagrama Hertzsprung-Russell (nombrado así después de que los astrónomos que lo diseñaran a principios del siglo XX para estudiar la evolución estelar) combina información sobre el brillo, el color y la distancia de más de 15.000 enanas blancas a 300 años luz de la Tierra. Los datos, mostrados como puntos negros, son de la segunda versión del satélite Gaia de la ESA.
Las enanas blancas son los restos de estrellas medianas similares a nuestro Sol. Una vez que estas estrellas han quemado todo el combustible nuclear en su núcleo, arrojan sus capas externas, dejando atrás un núcleo caliente que comienza a enfriarse.
En el diagrama, las líneas azules muestran la secuencia de enfriamiento de las enanas blancas con diferentes masas: 0,6, 0,9 y 1,1 veces la masa del Sol, respectivamente, como se predice a partir de modelos teóricos.
Al analizar los datos de Gaia, los científicos encontraron un montón de enanas blancas de ciertos colores y luminosidades (resaltadas con líneas naranjas) que de otro modo no estaban vinculadas entre sí en términos de su evolución. Se dieron cuenta de que esta acumulación no era una población distinta de enanas blancas, sino el efecto del enfriamiento y la cristalización de la materia originalmente caliente dentro del núcleo de la estrella.
Esta es la primera evidencia de cristalización dentro de enanas blancas, un proceso que se predijo en 1968.
Copyright: Cortesía de Pier-Emmanuel Tremblay et al.
Notas para los editores.
El artículo “Core crystallisation in evolving white dwarf stars from a pile up in the cooling sequence” de P.-E. Tremblay et al., está publicado en la revista Nature
El archivo del segundo lanzamiento de datos de Gaia puede consultarse aquí.
Para más información:
Pier-Emmanuel Tremblay
University of Warwick
Coventry, UK
Tel: +44 24765 28407
Mob: +44 74647 22697
Email: P-E.Tremblay@warwick.ac.uk
Timo Prusti
Gaia Project Scientist
European Space Agency
Email: timo.prusti@esa.int
Markus Bauer
ESA Science Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int
