¿Qué mató a las enanas blancas?  (Aparte de la explosión gigante)

¿Qué mató a las enanas blancas? (Aparte de la explosión gigante)

Impresión artística de un par de enanas blancas, girando en espiral una hacia la otra.  Tal sistema podría ser el antepasado de una supernova de tipo Ia.

Impresión artística de un par de enanas blancas, girando en espiral una hacia la otra. Tal sistema podría ser el antepasado de una supernova de tipo Ia.

Las supernovas de tipo Ia son explosiones que ocurren cuando las enanas blancas eliminan material de una estrella compañera, superan su masa máxima posible y explotan.

No, espera: las supernovas de tipo Ia son las explosiones causadas por la colisión de dos enanas blancas.

Si bien es razonablemente seguro que las enanas blancas, el remanente de estrellas del tamaño de la Tierra similares al Sol, están involucradas, la evidencia observacional de cómo explotan realmente estas supernovas es complicada. La edición de esta semana de Naturaleza es un excelente ejemplo: dos artículos consecutivos proporcionan evidencia de una explosión de estrellas enanas blancas compañeras y un escenario de colisión de dos enanas blancas, respectivamente. En última instancia, estos resultados aparentemente contradictorios podrían significar que hay dos tipos distintos de supernovas enanas blancas… o que todavía no entendemos qué está pasando.

Las apuestas son altas. A diferencia de otras supernovas, que involucran la muerte de una estrella mucho más masiva que el Sol, todas las supernovas de Tipo Ia explotan de manera muy similar. El patrón de luz que emiten durante y después de la explosión proporciona una medida fiable de su distancia. Dado que las supernovas son lo suficientemente brillantes como para ser visibles a miles de millones de años luz de distancia, los astrónomos las usan para medir la tasa de expansión y aceleración del Universo, como lo reconoció el Premio Nobel de Física 2011. Debido a que son tan importantes para la cosmología, los investigadores quieren para comprender qué objetos están involucrados en la explosión y exactamente cómo explotan.

La primera Naturaleza El artículo, de Yi Cao y sus colegas, presenta datos de observación sobre fuertes emisiones ultravioleta de una supernova Tipo Ia en una galaxia a unos 306 millones de años luz de distancia. La luz de esta supernova llegó a la Tierra entre el 2 y el 3 de mayo de 2014, donde los instrumentos a bordo del Observatorio Swift en órbita la detectaron. Esta es la primera vez que se detecta un fuerte pulso ultravioleta de este tipo, y los autores del artículo afirman que proviene de la onda de choque del material de una enana blanca en explosión que golpea a su estrella compañera.

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Por otro lado, en la segunda Naturaleza artículo, Rob P. Olling y sus coautores examinan tres estallidos detectados por el observatorio de Kepler y no encuentran señales de una estrella compañera. Si bien Kepler fue diseñado para monitorear estrellas en busca de signos de exoplanetas, estuvo dirigido a una sola porción del cielo durante años, lo que le permitió detectar eventos transitorios que otros telescopios podrían pasar por alto. (Kepler ahora opera como la misión K2; gracias a las ruedas de reacción defectuosas, ya no puede apuntar en una dirección). Los autores del Naturaleza paper no pudo encontrar la firma esperada del material expulsado por la explosión interactuando con una estrella compañera en uno de ellos.

Entonces, ¿por qué la contradicción?

Los astrónomos están de acuerdo en que las enanas blancas están involucradas en las supernovas de Tipo Ia. Esto se debe a la naturaleza del espectro de luz que producen. Cuando una estrella como el Sol carece de hidrógeno y helio en su núcleo, no es lo suficientemente masiva para sostener la fusión nuclear. En cambio, la estrella moribunda arroja sus capas exteriores, dejando al descubierto el núcleo, que está compuesto principalmente de carbono y oxígeno. El núcleo es lo que conocemos como una enana blanca, aunque el nombre «blanco» es un poco engañoso, ya que puede ser una gama de colores.

Sin embargo, las enanas blancas pueden nacer de otra forma: si una estrella como el Sol pierde su envoltura gaseosa en lugar de perderla, el núcleo desnudo -que podría tener composiciones químicas diferentes- también es una enana blanca.

Teóricamente, existe una masa máxima que la enana blanca puede tener antes de volverse inestable: el límite de Chandrasekhar, aproximadamente 1,4 veces la masa del Sol. Esto se debe a que la enana blanca está protegida del colapso gravitacional por una fuerza mecánica cuántica conocida como presión de degeneración (derivada del principio de exclusión de Pauli). Si algo agrega masa al objeto, la degeneración ya no es suficiente y la enana blanca colapsa, enviando violentas ondas de choque y creando una supernova.

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Lo que nos lleva de vuelta a los dos nuevos Naturaleza documentos y la cuestión de cómo se producen estas explosiones. En el escenario «simple degenerado», una enana blanca (el objeto «degenerado») muy cerca del límite de Chandrasekhar está atrapada en órbita mutua con otra estrella. La enana blanca elimina materia de su compañera, un proceso que hemos observado en otros sistemas, hasta que gana suficiente masa para explotar.

En el escenario de «doble degeneración», dos enanas blancas son todo lo que queda de un par de estrellas que han perdido sus capas externas. Ninguna enana blanca individual está necesariamente cerca de la masa de Chandrasekhar, pero si chocan, su masa combinada estará por encima del límite estable, y el resultado es nuevamente una supernova de Tipo Ia.

El problema es que para distinguir entre estas posibilidades, los astrónomos deben poder ver la explosión en detalle a medida que ocurre. Si la enana blanca tuviera una compañera, esa estrella absorbería parte de la luz emitida por la supernova, lo que provocaría ondas de choque y emisión de luz adicionales.

Debido a que las supernovas son raras en cualquier galaxia dada, y la mayoría de las galaxias están demasiado distantes para detectar sistemas estelares individuales (y mucho menos pequeñas enanas blancas), los investigadores deben practicar una vigilancia eterna o tener mucha suerte. El Observatorio Swift captó un estallido de luz ultravioleta (n)t, que puede provenir de una estrella compañera, ya que está diseñado para captar eventos transitorios conocidos como estallidos de rayos gamma. El Observatorio Kepler no vio tal cosa a pesar de monitorear las explosiones de otras tres enanas blancas.

Se le podría haber ocurrido la solución obvia: tal vez las supernovas de Tipo Ia no exploten todas de la misma manera. Muchas observaciones previas de remanentes de supernovas enanas blancas no han podido encontrar detritos de una estrella compañera. Del mismo modo, solo una pequeña fracción de las enanas blancas puede tener masas cercanas al límite de Chandrasekhar, lo que naturalmente conduciría a menos explosiones degeneradas. Sin embargo, hay algunos casos en los que los astrónomos haber encontró los restos de estrellas compañeras. Como señalan Cao y sus colegas, un observatorio ultravioleta dedicado a la caza de eventos transitorios podría ayudar a responder la pregunta de cuántas explosiones involucran a un compañero frente a sistemas de doble degeneración… o si todavía está sucediendo algo extraño.

Naturaleza2015. DOI: 10.1038/nature14440 y 10.1038/nature14455 (Acerca de los DOI).

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