Hubble descubre enanas blancas quemadoras de hidrógeno que disfrutan de un envejecimiento lento

¿Podrían las estrellas moribundas tener el secreto para lucir más joven? Nueva evidencia del Telescopio Espacial Hubble de NASA / ESA sugiere que las enanas blancas podrían continuar quemando hidrógeno en las etapas finales de sus vidas, haciendo que parezcan más jóvenes de lo que realmente son. Este descubrimiento podría tener consecuencias en la forma en que los astrónomos miden las edades de los cúmulos estelares.

Para investigar la física que sustenta la evolución de las enanas blancas, los astrónomos compararon el enfriamiento de las enanas blancas en dos colecciones masivas de estrellas: los cúmulos globulares M3 y M13. Estos dos cúmulos comparten muchas propiedades físicas, como la edad y la metalicidad, pero las poblaciones de estrellas que eventualmente darán lugar a enanas blancas son diferentes. Esto hace que M3 y M13 juntos sean un laboratorio natural perfecto en el que probar cómo se enfrían diferentes poblaciones de enanas blancas. Crédito: ESA / Hubble y NASA, G. Piotto et al.

La visión predominante de las enanas blancas como estrellas inertes que se enfrían lentamente ha sido desafiada por las observaciones del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA. Un grupo internacional de astrónomos ha descubierto la primera evidencia de que las enanas blancas pueden ralentizar su velocidad de envejecimiento al quemar hidrógeno en su superficie.

"Hemos encontrado la primera evidencia de observación de que las enanas blancas todavía pueden experimentar una actividad termonuclear estable", explicó Jianxing Chen de la Alma Mater Studiorum Università di Bologna y el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica, que dirigió esta investigación. "Esto fue una gran sorpresa, ya que está en desacuerdo con lo que comúnmente se cree".

Las enanas blancas son las estrellas que se enfrían lentamente y que se han desprendido de sus capas externas durante las últimas etapas de sus vidas. Son objetos comunes en el cosmos; Aproximadamente el 98% de todas las estrellas del Universo terminarán finalmente como enanas blancas, incluido nuestro propio Sol [1]. El estudio de estas etapas de enfriamiento ayuda a los astrónomos a comprender no solo las enanas blancas, sino también sus etapas iniciales.

Los cúmulos globulares son objetos inherentemente hermosos, pero el tema de esta imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA, Messier 3, es comúnmente reconocido como uno de los más hermosos de todos. Messier 3 también contiene un número relativamente alto de los llamados rezagados azules, que se muestran con bastante claridad en esta imagen del Hubble. Estas son estrellas azules de la secuencia principal que parecen ser jóvenes porque son más azules y más luminosas que otras estrellas del cúmulo. Como se cree que todas las estrellas de los cúmulos globulares se han formado juntas y, por lo tanto, tienen aproximadamente la misma edad. Solo una diferencia en la masa puede dar a estas estrellas un color diferente: una estrella vieja roja puede parecer más azul cuando adquiere más masa, por ejemplo, quitándola de una estrella cercana. La masa extra la convierte en una estrella más azul, lo que nos hace pensar que es más joven de lo que realmente es.

Para investigar la física que sustenta la evolución de las enanas blancas, los astrónomos compararon el enfriamiento de las enanas blancas en dos colecciones masivas de estrellas: los cúmulos globulares M3 y M13 [2]. Estos dos cúmulos comparten muchas propiedades físicas como la edad y la metalicidad [3], pero las poblaciones de estrellas que eventualmente darán lugar a enanas blancas son diferentes. En particular, el color general de las estrellas en una etapa evolutiva conocida como Rama Horizontal es más azul en M13, lo que indica una población de estrellas más calientes. Esto hace que M3 y M13 juntos sean un laboratorio natural perfecto en el que probar cómo se enfrían diferentes poblaciones de enanas blancas.

“La excelente calidad de nuestras observaciones del Hubble nos brindó una vista completa de las poblaciones estelares de los dos cúmulos globulares”, continuó Chen. "Esto nos permitió contrastar realmente cómo evolucionan las estrellas en M3 y M13".

Usando la cámara de campo amplio 3 del Hubble, el equipo observó M3 y M13 en longitudes de onda casi ultravioleta, lo que les permitió comparar más de 700 enanas blancas en los dos grupos. Descubrieron que M3 contiene enanas blancas estándar que simplemente son núcleos estelares de enfriamiento. M13, por otro lado, contiene dos poblaciones de enanas blancas: las enanas blancas estándar y las que han logrado aferrarse a una envoltura exterior de hidrógeno, lo que les permite arder durante más tiempo y, por lo tanto, enfriarse más lentamente.

Al comparar sus resultados con simulaciones por computadora de la evolución estelar en M13, los investigadores pudieron demostrar que aproximadamente el 70% de las enanas blancas en M13 están quemando hidrógeno en sus superficies, lo que ralentiza la velocidad a la que se enfrían.

Esta imagen, tomada por la Cámara Avanzada para Estudios del Telescopio Espacial Hubble, muestra el núcleo del gran cúmulo globular Messier 13 y proporciona una vista extraordinariamente clara de los cientos de miles de estrellas en el cúmulo, uno de los más brillantes y conocidos. en el cielo. A solo 25 000 años luz de distancia y unos 145 años luz de diámetro, Messier 13 ha llamado la atención desde su descubrimiento por Edmund Halley, el célebre astrónomo británico, en 1714. El cúmulo se encuentra en la constelación de Hércules y es tan brillante que en las condiciones adecuadas, incluso es visible a simple vista. Como escribió Halley: "Esto no es más que un pequeño parche, pero se muestra a simple vista, cuando el cielo está sereno y la luna ausente". Messier 13 fue el objetivo de un mensaje simbólico del radiotelescopio de Arecibo que se envió en 1974, comunicando la existencia de la humanidad a posibles inteligencias extraterrestres. Sin embargo, estudios más recientes sugieren que los planetas son muy raros en los entornos densos de los cúmulos globulares. Messier 13 también ha aparecido en la literatura. En su novela de 1959, Las sirenas de Titán, Kurt Vonnegut escribió: “Cada hora que pasa acerca el Sistema Solar a cuarenta y tres mil millas más cerca del Cúmulo Globular M13 en Hércules, y todavía hay algunos inadaptados que insisten en que no existe el progreso. . " El paso desde la primera vista telescópica de Halley a esta imagen del Hubble indica cierta medida del progreso de la astronomía en los últimos trescientos años. Esta imagen fue creada a partir de imágenes tomadas con el Canal de Campo Amplio de la Cámara Avanzada para Estudios en el Telescopio Espacial Hubble. Los datos a través de un filtro azul (F435W) son de color azul, los datos a través de un filtro rojo (F625W) son de color verde y los datos del infrarrojo cercano (a través del filtro F814W) son de color rojo. Los tiempos de exposición son 1480 s, 380 sy 567 s respectivamente y el campo de visión es de aproximadamente 2,5 minutos de arco de ancho.

Este descubrimiento podría tener consecuencias sobre cómo los astrónomos miden las edades de las estrellas en la Vía Láctea. La evolución de las enanas blancas se ha modelado previamente como un proceso de enfriamiento predecible. Esta relación relativamente sencilla entre la edad y la temperatura ha llevado a los astrónomos a usar la tasa de enfriamiento de la enana blanca como un reloj natural para determinar las edades de los cúmulos estelares, particularmente los cúmulos globulares y abiertos. Sin embargo, las enanas blancas que queman hidrógeno podrían hacer que estas estimaciones de edad sean inexactas hasta en mil millones de años.

“Nuestro descubrimiento desafía la definición de enanas blancas al considerar una nueva perspectiva sobre la forma en que las estrellas envejecen”, agregó Francesco Ferraro del Alma Mater Studiorum Università di Bologna y el Instituto Nacional de Astrofísica de Italia, que coordinó el estudio. “Ahora estamos investigando otros cúmulos similares a M13 para restringir aún más las condiciones que impulsan a las estrellas a mantener la delgada envoltura de hidrógeno que les permite envejecer lentamente”.

Notas

[1] El Sol tiene solo 4 600 millones de años a lo largo de su vida de aproximadamente 10 mil millones de años. Una vez que agota el hidrógeno en su núcleo, el Sol se convertirá en un gigante rojo, envolviendo los planetas interiores y abrasando la superficie de la Tierra. Luego se desprenderá de sus capas externas y el núcleo expuesto del Sol quedará como una enana blanca que se enfría lentamente. Esta brasa estelar será increíblemente densa, empaquetando una gran fracción de la masa del Sol en una esfera aproximadamente del tamaño de la Tierra.

[2] M3 contiene aproximadamente medio millón de estrellas y se encuentra en la constelación de Canes Venatici. M13, conocido ocasionalmente como el Gran Cúmulo Globular en Hércules, contiene un poco menos de estrellas, solo varios cientos de miles. Las enanas blancas se utilizan a menudo para estimar las edades de los cúmulos globulares, por lo que se ha dedicado una cantidad significativa de tiempo del Hubble a explorar las enanas blancas en cúmulos globulares antiguos y densamente poblados. Hubble observó directamente a las enanas blancas en cúmulos de estrellas globulares por primera vez en 2006.

[3] Los astrónomos usan la palabra "metalicidad" para describir la proporción de una estrella que está compuesta de elementos distintos al hidrógeno y el helio. La gran mayoría de la materia en el Universo es hidrógeno o helio; para tomar el Sol como ejemplo, el 74,9% de su masa es hidrógeno, el 23,8% es helio y el 1,3% restante es una mezcla de todos los demás elementos, que los astrónomos se refieren a ellos como "metales".

Más información

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.

El equipo internacional de astrónomos de este estudio está formado por Jianxing Chen (Alma Mater Studiorum Università di Bologna y Observatorio de Astrofísica y Ciencias Espaciales de Bolonia), Francesco R. Ferraro (Alma Mater Studiorum Università di Bologna y Observatorio de Astrofísica y Ciencias Espaciales de Bolonia), Mario Cadelano (Observatorio de Astrofísica y Ciencias Espaciales de Bolonia), Maurizio Salaris (Universidad John Moores de Liverpool), Barbara Lanzoni (Alma Mater Studiorum Università di Bologna y Observatorio de Astrofísica y Ciencias Espaciales de Bolonia), Cristina Pallanca (Alma Mater Studiorum Università di Bologna y Astrofísica y Ciencias Espaciales Observatorio de Bolonia), Leandro G. Althaus (Universidad Nacional de La Plata y CCT - CONICET Centro Científico Tecnológico La Plata) y Emanuele Dalessandro (Observatorio de Astrofísica y Ciencias Espaciales de Bolonia).

Crédito de la imagen: ESA / Hubble & NASA, G. Piotto et al.

Enlaces

• La misión Gaia de la ESA arroja luz sobre las enanas blancas
• Imágenes del Hubble
• Lanzamiento de Hubblesite
• Lanzamiento de Cosmic-Lab
• Papel de ciencia

Contactos

Jianxing Chen

Universidad de Bolonia, Italia

Correo electrónico: jianxing.chen2@unibo.it

Francesco Rosario Ferraro

Universidad de Bolonia, Italia

Correo electrónico: francesco.ferraro3@unibo.it

Bethany Downer

Director de comunicaciones de la ESA / Hubble

Correo electrónico: Bethany.Downer@esahubble.org

• Publicado en ESA-Hubble el 6 de septiembre del 2021, enlace publicación.