Los astrónomos detectan una enana blanca tan grande que podría colapsar

Esta ilustración destaca una pequeña enana blanca recién descubierta por ZTF que tiene 4.300 kilómetros de ancho, o aproximadamente el tamaño de la luna de la Tierra, que tiene 3.500 kilómetros de ancho. Los dos cuerpos se muestran uno al lado del otro para comparar el tamaño. La joven enana blanca cálida es también la enana blanca más masiva conocida, con un peso de 1,35 veces nuestro sol. Crédito: Giuseppe Parisi

Los astrónomos han descubierto la enana blanca más pequeña y masiva jamás vista. La ceniza humeante, que se formó cuando dos enanas blancas menos masivas se fusionaron, es pesada, «acumulando una masa mayor que la de nuestro Sol en un cuerpo del tamaño de nuestra Luna», dice Ilaria Caiazzo, Investigadora Asociada Postdoctoral de Sherman Fairchild en Astrofísica Teórica. en Caltech y autor principal del nuevo estudio publicado en la edición del 1 de julio de la revista Naturaleza. “Puede parecer contradictorio, pero las enanas blancas más pequeñas son más masivas. Esto se debe a que las enanas blancas no tienen la combustión nuclear que mantiene a las estrellas normales contra su propia gravedad, y su tamaño está regulado por la mecánica cuántica. «

El descubrimiento fue realizado por Zwicky Transient Facility, o ZTF, que opera en el Observatorio Palomar de Caltech; Dos telescopios hawaianos, el Observatorio WM Keck en Maunakea, Isla de Hawái y Pan-STARRS (Telescopio de Investigación Panorámica y Sistema de Respuesta Rápida) de la Universidad de Hawái en Haleakala, Maui, ayudaron a caracterizar la estrella muerta, junto con el Telescopio Hale de 200 pulgadas en Palomar. , el Observatorio Espacial Europeo en Gaia y el Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA.

Las enanas blancas son los restos que colapsan de estrellas que alguna vez fueron unas ocho veces la masa de nuestro Sol o más ligeras. Nuestro Sol, por ejemplo, después de hincharse por primera vez hasta convertirse en una gigante roja en unos 5 mil millones de años, eventualmente se desprenderá de sus capas externas y se encogerá hasta convertirse en una enana blanca compacta. Aproximadamente el 97% de todas las estrellas se convierten en enanas blancas.

Si bien nuestro Sol está solo en el espacio sin un compañero estelar, muchas estrellas se orbitan entre sí en pares. Las estrellas envejecen juntas, y si ambas tienen menos de ocho masas solares, ambas evolucionarán a enanas blancas.

Los astrónomos han descubierto un cadáver estelar conocido como enana blanca que es aproximadamente del tamaño de la luna de la Tierra. La enana blanca tiene unos 4.300 kilómetros de diámetro, mientras que la luna tiene 3.500 kilómetros de diámetro. La enana blanca está representada sobre la luna en esta representación artística; de hecho, la enana blanca está a 130 años luz de distancia en la constelación de Aquila. Crédito: Giuseppe Parisi

El nuevo descubrimiento es un ejemplo de lo que puede suceder después de esta fase. El par de enanas blancas, que se enrollan en espiral, pierden energía en forma de ondas gravitacionales y finalmente se fusionan. Si las estrellas muertas tienen suficiente masa, explotan en lo que se llama una supernova de tipo Ia, pero si están por debajo de un cierto umbral de masa, se combinan en una nova enana blanca que es más pesada que cualquiera de las estrellas progenitoras. Este proceso de fusión aumenta el campo magnético de esa estrella y acelera su rotación en comparación con la de sus padres.

Los astrónomos dicen que la pequeña enana blanca recién descubierta, llamada ZTF J1901 + 1458, tomó la última ruta de evolución; sus progenitores se fusionaron y produjeron una enana blanca de 1,35 veces la masa de nuestro sol. La enana blanca tiene un campo magnético extremo casi mil millones de veces más fuerte que el de nuestro Sol y gira sobre su eje a una velocidad frenética de una revolución cada siete minutos (la enana blanca más rápida conocida, llamada EPIC 228939929, gira cada 5,3 minutos).

“Cogimos un objeto muy interesante que no era lo suficientemente grande para explotar”, dice Caiazzo. «Realmente estamos investigando qué tan grande puede ser una enana blanca».

Además, Caiazzo y sus colaboradores piensan que la enana blanca fundida podría ser lo suficientemente masiva como para evolucionar a una estrella muerta rica en neutrones, o estrella de neutrones, que normalmente se forma cuando una estrella mucho más masiva que nuestro Sol explota en una supernova.

“Esto es muy especulativo, pero es posible que la enana blanca sea lo suficientemente masiva como para transformarse en una estrella de neutrones”, dice Caiazzo. “Es tan masivo y denso que, en su núcleo, los electrones son capturados por protones en los núcleos para formar neutrones. A medida que la presión de los electrones empuja contra la fuerza de la gravedad, manteniendo intacta la estrella, el núcleo colapsa cuando se elimina una cantidad suficientemente grande de electrones. «

Si esta hipótesis de formación de estrellas de neutrones es correcta, podría significar que una porción significativa de otras estrellas de neutrones toman forma de esta manera. La proximidad del objeto recién descubierto (a unos 130 años luz de distancia) y su corta edad (unos 100 millones de años o menos) indican que objetos similares pueden ocurrir con mayor frecuencia en nuestra galaxia.

Magnético y rápido

La enana blanca fue vista por primera vez por el colega de Caiazzo, Kevin Burdge, un becario postdoctoral en Caltech, después de investigar imágenes de todo el cielo capturadas por ZTF. Esta enana blanca en particular, cuando se analizó en combinación con datos de Gaia, se destacó por ser muy masiva y tener una rotación rápida.

“Nadie ha podido explorar sistemáticamente fenómenos astronómicos a pequeña escala en este tipo de escala hasta ahora. Los resultados de estos esfuerzos son impresionantes ”, dice Burdge, quien, en 2019, dirigió el equipo que descubrió un par de enanas blancas cerrando cada siete minutos.

Luego, el equipo analizó el espectro de la estrella utilizando el espectrómetro de imágenes de baja resolución (LRIS) del Observatorio Keck y fue entonces cuando Caiazzo fue golpeada por las firmas de un campo magnético muy poderoso y se dio cuenta de que ella y su equipo habían encontrado algo «muy especial», como dice, la fuerza del campo magnético junto con la velocidad de rotación de siete minutos del objeto indicaron que era el resultado de dos enanas blancas más pequeñas que se fusionaban en una.

Los datos de Swift, que observa la luz ultravioleta, ayudaron a definir el tamaño y la masa de la enana blanca. Con un diámetro de 2,670 millas, el ZTF J1901 + 1458 asegura el título de la enana blanca más pequeña conocida, superando a los poseedores de récords anteriores RE J0317-853 y WD 1832 + 089, cada uno con diámetros de alrededor de 3,100 millas.

En el futuro, Caiazzo espera usar ZTF para encontrar más enanas blancas como esta y, en general, estudiar la población en su conjunto. “Hay tantas preguntas por responder, como cuál es la tasa de fusiones de enanas blancas en la galaxia, y ¿es eso suficiente para explicar el número de supernovas de tipo Ia? ¿Cómo se genera un campo magnético en estos poderosos eventos y por qué hay tanta diversidad en la intensidad del campo magnético entre las enanas blancas? Encontrar una gran población de enanas blancas nacidas de una fusión nos ayudará a responder todas estas preguntas y más. «

Referencia: «Una enana blanca muy magnetizada y de rápida rotación tan pequeña como la luna» por Ilaria Caiazzo, Kevin B. Burdge, James Fuller, Jeremy Heyl, SR Kulkarni, Thomas A. Prince, Harvey B. Richer, Josiah Schwab, Igor Andreoni , Eric C. Bellm, Andrew Drake, Dmitry A. Duev, Matthew J. Graham, George Helou, Ashish A. Mahabal, Frank J. Masci, Roger Smith y Maayane T. Soumagnac, 30 de junio de 2021, Naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03615-y

El estudio, titulado «Una enana blanca muy magnetizada y de rápida rotación tan pequeña como la luna», fue financiado por la Fundación Rose Hills, la Fundación Alfred P. Sloan, NASA, la Fundación Heising-Simons, la Beca AF Morrison del Observatorio Lick, NSF y el Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá.

Sobre LRIS

El espectrómetro de imágenes de baja resolución (LRIS) es un espectrógrafo e generador de imágenes de longitud de onda visible muy versátil y ultrasensible construido en el Instituto de Tecnología de California por un equipo dirigido por el Prof. Bev Oke y el Prof. Judy Cohen se encargó en 1993. Desde entonces ha experimentado dos actualizaciones importantes para mejorar aún más sus capacidades: la adición de un segundo brazo azul optimizado para longitudes de onda de luz más cortas y la instalación de detectores que son mucho más sensibles en longitudes de onda más largas (rojo ). Cada brazo está optimizado para las longitudes de onda que cubre. Esta amplia gama de cobertura de longitud de onda, combinada con la alta sensibilidad del instrumento, permite el estudio de todo, desde cometas (que tienen características interesantes en la parte ultravioleta del espectro), a la luz azul de la formación de estrellas, a la luz roja de muy distantes. objetos. LRIS también registra los espectros de hasta 50 objetos simultáneamente, especialmente útil para estudios de cúmulos de galaxias en las regiones más distantes y los primeros tiempos del universo. LRIS fue utilizado en la observación de supernovas distantes por astrónomos que recibieron el Premio Nobel de Física en 2011 por una investigación que determinó que el universo estaba acelerando su expansión.

Acerca del Observatorio WM Keck

Los telescopios del Observatorio WM Keck se encuentran entre los más científicamente productivos de la Tierra. Los dos telescopios ópticos / infrarrojos de 10 metros en la cima de Maunakea, en la isla de Hawái, cuentan con una variedad de instrumentos avanzados, que incluyen generadores de imágenes, espectrógrafos de múltiples objetos, espectrógrafos de alta resolución, espectrómetros de campo completo y sistemas ópticos adaptativos de estrellas guía. láser líder en el mundo. Algunos de los datos presentados aquí se obtuvieron del Observatorio Keck, que es una organización privada sin fines de lucro 501 (c) 3 operada como una asociación científica entre el Instituto de Tecnología de California, la Universidad de California y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio. El Observatorio fue posible gracias al generoso apoyo financiero de la Fundación WM Keck. Los autores desean reconocer y reconocer el papel cultural muy importante y la reverencia que siempre ha tenido la Cumbre de Maunakea dentro de la comunidad nativa de Hawái. Tenemos mucha suerte de tener la oportunidad de realizar observaciones de esta montaña.