Dos caminos de evolución estelar divergieron en cierta masa …

Una imagen del Hubble del cúmulo globular NGC 6397, que alberga numerosas enanas blancas. Las enanas blancas son increíblemente débiles y se pueden ver en una versión ampliada del cuadrante derecho de la imagen. 
Créditos: NASA, ESA y H. Richer (Universidad de Columbia Británica).
Imagen del Telescopio Espacial Hubble de la Nebulosa del Cangrejo, el remanente de una supernova que tuvo lugar en el año 1054 d.C. 
Créditos:
NASA, ESA, J. Hester y A. Loll.

Con solo conocer la masa de una estrella, ¿podemos predecir si terminará su vida en fuego (una supernova) o hielo (una enana blanca que finalmente se desvanece en una fría enana negra)? Un equipo dirigido por astrónomos de la Universidad de Columbia Británica intenta responder a esa pregunta observando enanas blancas para encontrar exactamente dónde está esa línea divisoria entre una muerte por fuego y una por hielo. 

…Pero, ¿qué camino conduce a una enana blanca?

Cuando una estrella se queda sin combustible, puede expulsar sus capas externas en una explosión tan violenta que emite más energía que la que emitirá el Sol en sus 10 mil millones de años de vida, o la estrella puede simplemente expandirse y establecerse en una estrella estable, llamada una enana blanca del tamaño de nuestra Luna. Lo que determina qué ruta toma la estrella es su masa: las masas inferiores mueren de hielo, las masas superiores de fuego. Aunque creemos que la línea divisoria está alrededor de las 8 masas solares, este número no siempre concuerda con lo que observamos. 

El diagrama de color-magnitud del cúmulo globular de la Vía Láctea 47 Tucanae. El eje x muestra el color, el eje y izquierdo muestra la magnitud aparente a la distancia de 47 Tucanae y el eje y derecho desplaza el cúmulo a la distancia de la Gran Nube de Magallanes. Este diagrama muestra que incluso a la distancia de la Gran Nube de Magallanes, estos WD masivos son detectables. 
Crédito: Richer et al. 2022.

En dos palabras puedo resumir todo lo que he aprendido sobre las estrellas: evolucionan 

Si todas las estrellas de más de 8 masas solares terminan sus vidas en el fuego de una supernova, veríamos muchas más explosiones de supernova (específicamente, supernovas de tipo II) de las que realmente vemos. Esta escasez de supernovas de tipo II podría indicar que la masa máxima de una estrella que puede acabar su vida como una enana blanca está más cerca de las 12 masas solares que de las 8. Restringir este límite de masa de estrellas que pueden convertirse en enanas blancas podría informar la tasa de formación de objetos compactos, así como el contenido de metal de las galaxias. Cuanto más masiva es una estrella, más masivo es su remanente de enana blanca. Por lo tanto, al buscar enanas blancas masivas, podemos buscar estrellas progenitoras masivas que no fueran lo suficientemente pesadas como para terminar en una supernova. Un equipo dirigido por Harvey Richer en la Universidad de Columbia Británica ha investigado en profundidad los cúmulos estelares abiertos jóvenes fuera de nuestra propia galaxia para tratar de identificar enanas blancas masivas. 

Las búsquedas anteriores de enanas blancas masivas en cúmulos abiertos jóvenes de la Vía Láctea solo encontraron enanas blancas de hasta 1,1 masas solares, que provienen de estrellas de no más de 6,2 masas solares. Para investigar si incluso estrellas más masivas pueden convertirse en enanas blancas, Richer y sus coautores buscaron cúmulos jóvenes en las Grandes Nubes de Magallanes. El equipo observó cuatro cúmulos de la Nube de Magallanes en los que las estrellas de 5,7 a 10,2 masas solares estaban a punto de entrar en la fase gigante asintótica (una etapa evolutiva tardía en un intermedio: la vida de una estrella masiva, momento en el que la estrella ha agotado su principal fuente de combustible), lo que significaría que las enanas blancas en estos cúmulos deben haber venido de estrellas más masivas que esa. También eligieron estos grupos específicos debido a su distancia; las Nubes de Magallanes están lo suficientemente lejos como para que haya nuevos cúmulos para buscar, pero no tan lejos como para que los paralajes de Gaia no sean confiables y haya confusión con las enanas blancas de campo. 

El universo es encantador, oscuro y profundo, pero necesitamos más datos para poner este misterio a dormir

Distribuciones de las diversas poblaciones de estrellas en dos de los cúmulos. Las enanas blancas en el panel de la izquierda son las cinco posibles candidatas a enanas blancas. 
Crédito: Richer et al. 2022.

El equipo encontró cinco candidatos potenciales en el más antiguo de los cuatro grupos que estudiaron al observar las edades y poblaciones de los grupos. Estas estrellas representan las primeras  enanas blancas únicas extragalácticas jamás descubiertas. Este estudio demuestra que es posible detectar enanas blancas en galaxias cercanas con tiempos de exposición moderados con el Hubble. Sin embargo, para estudiarlos espectroscópicamente y determinar sus masas y edades, el equipo necesita más resolución, que vendrá con futuros telescopios de más de 30 metros. La confirmación de estas enanas blancas pesadas pueden finalmente llevarnos al punto donde los caminos de la evolución estelar se bifurcaron.

El paper:

“When Do Stars Go Boom?” Harvey B. Richer et al 2022 ApJL 931 L20. doi:10.3847/2041-8213/ac6585

Fuente: AAS NOVA

Artículo original:Two Stellar Evolution Roads Diverged at a Certain Mass…‘. Haley Wahl. June 3, 2022.

Material relacionado

La  Nebulosa del Velo en la constelación de Cygnus es otro remanente de supernova famoso. Es la parte visible de una estructura mucho más grande (el bucle Cygnus ). Representa los restos de una estrella con 40 veces la masa de nuestro Sol que explotó hace aproximadamente 8.000 años. 
Créditos: Imagen (izquierda) vía TA Rector / University of Alaska Anchorage / WIYN / NOAO / AURA / NSF e imagen (derecha) vía NASA / JPL-Caltech.

Una introducción a la supernovas destinada al público general se encuentra en la publicación:

Ep 490: What’s New with Supernovae

¿Qué hay de nuevo con las supernovas? Fraser Cain y Pamela Gay. Puedes ver los materiales y la transcripción aquí. Crédito: Astronomy Cast.
Una guía visual para clasificar supernovas.

Clasificando Supernovas

Las supernovas (SNe) son la etapa final de la vida estelar, trátese de una estrella pequeña o grande. Como en muchos otros campos de la astronomía, el estudio de las supernovas está plagado de nomenclatura poco relacionada con la física que da lugar a estos increíbles eventos. Aquí listamos muchos de los tipos de supernovas conocidos y algunas reglas para clasificarlos. Estas clasificaciones se basan en nuestro conocimiento del espectro electromagnético de la supernova.

El siguiente artículo lo presenta:

El descubrimiento de las Enanas Blancas

Una historia del descubrimiento de las enanas bancas se encuentra en la siguiente reseña de Luis Alonso del libro «Unlocking the Secrets of White Dwarf Stars» de Hugh Van Horn.

Una mirada a la investigación en Enanas Blancas: implicaciones de la cristalización en el retraso del enfriamiento y la determinación de la edad de las enanas blancas

El artículo siguiente es una entrevista al Investigador  Enrique García-Berro Montilla de la Universidad Politécnica de Cataluña, España, publicada por el Instituto Cervantes, sobre uno de los trabajos del autor pero que también da una mirada al campo de investigación de las enanas blancas.

El lector puede ver también:

El estudio de las transiciones de fase durante el proceso de enfriamiento permite calcular con precisión la edad de estas estrellas.

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

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 & amp; NASA, G. Piotto y col.

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.

Una Enana Blanca super masiva

Impresión artística de dos enanas blancas en proceso de fusión. Dependiendo de la masa combinada, el sistema puede explotar en una supernova termonuclear o fusionarse en una sola enana blanca pesada, como con WDJ0551 + 4135. 
Crédito de la imagen: Universidad de Warwick / Mark Garlick.

Una estrella enana blanca masiva con una extraña atmósfera rica en carbono podría ser dos enanas blancas fusionadas, según un equipo internacional dirigido por astrónomos de la Universidad de Warwick, y solo evitaron la destrucción por poco.

Han descubierto una enana blanca ultramasiva inusual a unos 150 años luz de nosotros con una composición atmosférica nunca antes vista, la primera vez que se identifica una enana blanca fusionada utilizando su composición atmosférica como pista.

El descubrimiento, publicado en la revista Nature Astronomy, podría plantear nuevas preguntas sobre la evolución de las estrellas enanas blancas masivas y sobre el número de supernovas en nuestra galaxia.

El Catálogo de Enanas Blancas realizado con datos de GAIA

Vista de todo el cielo que muestra la posición y el brillo de unas 230 000 enanas blancas descubiertas con el satélite Gaia de la ESA(16 de Mayo, 2019). Las enanas blancas son los remanentes que quedan cuando las estrellas de tamaño mediano como nuestro Sol llegan al final de sus vidas.
Créditos: ESA / Gaia / DPAC.

Antes de la segunda publicación de datos de Gaia, que se hizo pública en 2018, solo se habían descubierto unas 30000 enanas blancas. Utilizando datos de Gaia, se han detectado 486 641 candidatas a enanas blancas, de las cuales 260 000 son candidatas de alta confianza, como se informa en un catálogo compilado por Nicola Pietro Gentile Fusillo y colaboradores. Descubrir más de estos misteriosos objetos nos permite obtener un mejor conocimiento de sus propiedades, mejorando nuestra comprensión de cómo encajan en la imagen general de la evolución estelar.

Haga clic aquí para ver un video que muestra los movimientos de estas enanas blancas.

Más información: Arrojando luz sobre las enanas blancas: el futuro de estrellas como nuestro Sol.

Reconocimiento: Gaia Sky ; S. Jordan / T. Sagristà, Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Alemania.

Curiosidades

Una forma distinta de medir la masa de una Enana Blanca

Esta animación en lapsos de tiempo, realizada a partir de ocho imágenes del telescopio espacial Hubble, muestra el movimiento aparente de la estrella enana blanca Stein 2051 B que pasa por delante de una estrella distante. Las observaciones fueron tomadas entre el 1 de Oct. de 2013, y 14 Oct. de 2015. Crédito: NASA , ESA , y K. Sahu ( STScI ).  Publicado el 7 de Junio, ​​2.017.

Los astrónomos han utilizado la visión aguda del telescopio espacial Hubble de la NASA para repetir una prueba centenaria de la Teoría General de la Relatividad de Einstein. El equipo del Hubble midió la masa de una enana blanca, el remanente “quemado” de una estrella normal, al ver cuánto se desvía la luz de una estrella de fondo.

Esta observación representa la primera vez que el Hubble ha presenciado este tipo de efecto creado por una estrella. Los datos proporcionan una estimación sólida de la masa  de la enana blanca y un entendimiento de las teorías de la estructura y composición de las estrellas agotadas. La publicación siguiente lo expone.

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