Enanas blancas hambrientas, hambrientas: Resolviendo el rompecabezas de la contaminación por metales estelares

Las estrellas muertas conocidas como enanas blancas tienen una masa como la del sol pero son similares en tamaño a la Tierra. Son comunes en nuestra galaxia, ya que el 97% de las estrellas son enanas blancas. Cuando las estrellas llegan al final de sus vidas, sus núcleos colapsan formando la densa bola de una enana blanca, lo que hace que nuestra galaxia parezca un cementerio etéreo.

A pesar de su prevalencia, la composición química de estos restos estelares ha sido un enigma para los astrónomos durante años. La presencia de elementos de metales pesados ​​(como silicio, magnesio y calcio) en la superficie de muchos de estos objetos compactos es un descubrimiento desconcertante que desafía nuestras expectativas sobre el comportamiento estelar.

«Sabemos que si estos metales pesados ​​están presentes en la superficie de la enana blanca, la enana blanca es lo suficientemente densa como para que estos metales pesados ​​se hundan muy rápidamente hacia el núcleo», explica Tatsuya Akiba, estudiante graduado de JILA. «Por lo tanto, no deberías ver ningún metal en la superficie de una enana blanca a menos que la enana blanca esté comiendo algo activamente».

Si bien las enanas blancas pueden consumir varios objetos cercanos, como cometas o asteroides (conocidos como planetesimales), las complejidades de este proceso aún no se han explorado por completo. Sin embargo, este comportamiento podría ser la clave para desentrañar el misterio de la composición metálica de una enana blanca, lo que podría conducir a revelaciones interesantes sobre la dinámica de las enanas blancas.

En los resultados reportados en un nuevo papel en Las cartas del diario astrofísico, Akiba, junto con Ann-Marie Madigan, miembro de JILA y profesora de Ciencias Planetarias y Astrofísicas de Boulder de la Universidad de Colorado, y la estudiante universitaria Selah McIntyre, creen haber encontrado una razón por la cual estos zombis estelares se comen a sus planetesimales cercanos. Utilizando simulaciones por computadora, los investigadores simularon que la enana blanca recibía una «patada natal» durante su formación (que ha sido observada) causada por una pérdida asimétrica de masa, alterando su movimiento y la dinámica de cualquier material circundante.

En el 80% de sus pruebas, los investigadores observaron que, a partir de la patada, las órbitas de cometas y asteroides dentro de un rango de 30 a 240 UA de la enana blanca (correspondiente a la distancia Sol-Neptuno y más allá) se alargaron y alinearon. . Además, alrededor del 40% de los planetesimales consumidos posteriormente proceden de órbitas contrarrotativas (retrógradas).

Los investigadores también ampliaron sus simulaciones para examinar la dinámica de la enana blanca después de 100 millones de años. Descubrieron que los planetesimales cercanos a la enana blanca todavía tenían órbitas alargadas y se movían como una unidad coherente, un resultado nunca antes visto.

«Esto es algo que creo que es único en nuestra teoría: podemos explicar por qué los eventos de acreción son tan duraderos», afirma Madigan. «Si bien otros mecanismos pueden explicar un evento de acreción original, nuestras simulaciones con la patada muestran por qué todavía ocurre cientos de millones de años después».

Estos resultados explican por qué los metales pesados ​​se encuentran en la superficie de una enana blanca, ya que ésta consume continuamente objetos más pequeños a su paso.

Todo es cuestión de gravedad

Dado que el grupo de investigación de Madigan en JILA se centra en la dinámica gravitacional, observar la gravedad que rodea a las enanas blancas parecía un foco de estudio natural.

«Las simulaciones nos ayudan a comprender la dinámica de diferentes objetos astrofísicos», afirma Akiba. «Entonces, en esta simulación, lanzamos un montón de asteroides y cometas alrededor de la enana blanca, que es significativamente más grande, y vemos cómo evoluciona la simulación y cuál de estos asteroides y cometas se come la enana blanca».

Los investigadores esperan llevar sus simulaciones a mayores escalas en proyectos futuros, observando cómo interactúan las enanas blancas con planetas más grandes.

Como explica Akiba, «Otros estudios han sugerido que los asteroides y los cometas, los cuerpos pequeños, podrían no ser la única fuente de contaminación metálica en la superficie de la enana blanca. Por lo tanto, las enanas blancas podrían comerse algo más grande, como un planeta».

Descubriendo más sobre la formación del sistema solar

Estos nuevos hallazgos revelan más información sobre la formación de enanas blancas, lo cual es importante para comprender cómo cambian los sistemas solares a lo largo de millones de años. También ayudan a arrojar luz sobre los orígenes y la evolución futura de nuestro sistema solar, revelando más sobre la química involucrada.

«La gran mayoría de los planetas del universo acabarán orbitando una enana blanca», afirma Madigan. «Podría ser que el 50% de estos sistemas sean devorados por su estrella, incluido nuestro propio sistema solar. Ahora tenemos un mecanismo para explicar por qué sucedería esto».

«Los planetesimales pueden darnos una idea de otros sistemas solares y composiciones planetarias más allá de donde vivimos en nuestra región solar», añade McIntyre. «Las enanas blancas no son sólo una lente hacia el pasado. También son una especie de lente hacia el futuro».