Los astrónomos han descubierto una inusual estrella enana blanca teñida de azul con dos «caras» distintas: un lado es hidrógeno y el otro lado es helio, según un nuevo artículo publicado en la revista Nature. Naturalmente, apodaron a la estrella Janus, en honor al dios romano de dos caras de la dualidad y la transición.
Como se informó anteriormente, una enana blanca es esencialmente el núcleo quemado de una estrella muerta. Una de las primeras estrellas enanas blancas descubiertas, denominada 40 Eridani B, tenía una densidad de más de 25.000 veces la del Sol, empaquetada en un volumen mucho más pequeño (aproximadamente del tamaño de la Tierra), una deducción observacional que los astrónomos inicialmente consideraron imposible. Una segunda enana blanca, Sirius B (en órbita alrededor de la estrella Sirius), fue descubierta poco después y parecía increíblemente densa (alrededor de 200.000 veces más densa que la Tierra).
Esa densidad extrema surge del mecanismo inusual detrás de la presión interna de la estrella para evitar que colapse bajo la fuerza de la gravedad. Las estrellas regulares dependen de la energía liberada a través de la fusión nuclear, pero la fusión se ha detenido en las enanas blancas. Así que la gravedad ha compactado toda la materia de la estrella hacia el interior con tanta fuerza que sus electrones se aplastan entre sí, formando «materia degenerada de electrones». Esto sucede debido a la mecánica cuántica, en particular al principio de exclusión de Pauli, que sostiene que solo dos electrones pueden estar en el mismo nivel de energía. Los gases normales no violan este principio porque hay suficiente espacio entre los electrones para evitar que se llenen todos los niveles de energía en los átomos. Pero en un gas degenerado, los electrones hacer llenar todos los niveles de energía, y esto da como resultado una fuerza de presión hacia afuera para detener el colapso de la estrella.
Cuanta más masa tiene la enana blanca, más pequeña se vuelve porque tiene que crear suficiente presión interna para soportar toda esa masa. Y debido a que la gravedad de la superficie de la estrella es 100.000 veces mayor que la de la Tierra, los átomos más pesados de su atmósfera se hunden, dejando átomos más livianos en la superficie. Por lo tanto, las atmósferas de las enanas blancas suelen estar compuestas de hidrógeno puro o helio puro.
Es por eso que este último descubrimiento de una enana blanca es tan intrigante. La astrónoma Ilaria Caiazzo, una posdoctorada en Caltech, vio por primera vez a Janus (designado oficialmente como ZTF J203349.8+322901.1) mientras usaba el Zwicky Transient Facility (ZTF) para buscar enanas blancas altamente magnetizadas. El ZTF es una cámara robótica conectada al telescopio Samuel Oschin de 70 años en el Observatorio Palomar en el condado de San Diego. ZTF realiza estudios robóticos del cielo nocturno en busca de objetos que entran en erupción o varían en brillo: supernovas, estrellas devoradas por agujeros negros y asteroides y cometas, por ejemplo. Escanea todo el cielo durante tres noches y el plano visible de la galaxia dos veces cada noche.
Ilaria Caiazzo explica cómo su equipo descubrió una enana blanca de «dos caras» muy inusual.
Las observaciones de seguimiento con el instrumento CHIMERA en Palomar y el Gran Telescopio Canarias de España revelaron que Janus gira sobre su eje aproximadamente cada 15 minutos. Pero fueron los datos de observación recopilados con el Observatorio WM Keck en Hawai los que revelaron el espectro inusual de la estrella, es decir, su huella química distintiva: un lado hidrógeno, el otro helio. Caiazzo y sus coautores creen que esto puede ser una enana blanca atrapada en medio de una rara transición de una superficie dominante de hidrógeno a una de helio.
Sin embargo, eso no explica por qué un lado está cambiando más rápido que el otro. Actualmente, los astrónomos tienen dos hipótesis para explicar este extraño fenómeno, ambas relacionadas con los campos magnéticos. Uno postula que los campos magnéticos de Janus podrían ser asimétricos. «Los campos magnéticos pueden evitar la mezcla de materiales», dijo Caiazzo. «Entonces, si el campo magnético es más fuerte en un lado, ese lado tendrá menos mezcla y, por lo tanto, más hidrógeno». Quizás el lado de helio de Jano parece tan burbujeante porque la convección ha eliminado la fina capa de hidrógeno de la superficie, revelando el helio que hay debajo.
La otra es que los campos magnéticos de la estrella podrían estar cambiando la presión y la densidad de los gases atmosféricos. «Los campos magnéticos pueden conducir a presiones de gas más bajas en la atmósfera, y esto puede permitir que se forme un ‘océano’ de hidrógeno donde los campos magnéticos son más fuertes», dijo el coautor James Fuller, astrofísico teórico de Caltech. «No sabemos cuál de estas teorías es correcta, pero no podemos pensar en ninguna otra forma de explicar los lados asimétricos sin campos magnéticos».
El siguiente paso es localizar más estrellas enanas blancas de dos caras, lo que debería ser más fácil de lograr cuando el Observatorio Vera C. Rubin entre en funcionamiento, junto con el quinto Sloan Digital Sky Survey. Los astrónomos ya han observado variaciones espectrales menos extremas en otra enana blanca (GD 323). «Por lo tanto, Janus podría no ser un caso aislado, sino el miembro más llamativo de una clase de enanas blancas de dos caras», concluyeron los autores.
DOI: Nature, 2023. 10.1038/s41586-023-06171-9 (Acerca de los DOI).
Imagen de listado por K. Miller/Caltech/IPAC