Una inusual estrella enana blanca está hecha de hidrógeno en un lado y helio en el otro

Por primera vez para las enanas blancas, los núcleos quemados de estrellas muertas, los astrónomos han descubierto que al menos un miembro de esta familia cósmica tiene dos caras. Un lado de la enana blanca está compuesto de hidrógeno, mientras que el otro está formado por helio.

"La superficie de la enana blanca cambia completamente de un lado a otro", dice Ilaria Caiazzo, investigadora postdoctoral en Caltech que dirige un nuevo estudio sobre los hallazgos en la revista Nature. "Cuando muestro las observaciones a la gente, quedan impresionadas".

Las enanas blancas son los restos hirvientes de estrellas que alguna vez fueron como nuestro sol. A medida que las estrellas envejecen, se hinchan en gigantes rojas; Eventualmente, su material esponjoso exterior es soplado y sus núcleos se contraen en enanas blancas densas y ardientes. Nuestro sol evolucionará en una enana blanca en unos 5 mil millones de años.

La enana blanca recién descubierta, apodada Janus por el dios romano de la transición de dos caras, fue descubierta inicialmente por la Zwicky Transient Facility (ZTF), un instrumento que escanea los cielos todas las noches desde el Observatorio Palomar de Caltech, cerca de San Diego. Caiazzo había estado buscando enanas blancas altamente magnetizadas, como el objeto conocido como ZTF J1901 + 1458, que ella y su equipo encontraron previamente usando ZTF. Un objeto candidato destacó por sus rápidos cambios en el brillo, por lo que Caiazzo decidió investigar más a fondo con el instrumento CHIMERA en Palomar, así como HiPERCAM en el Gran Telescopio Canarias en las Islas Canarias de España. Esos datos confirmaron que Janus gira sobre su eje cada 15 minutos.

Observaciones posteriores realizadas con el Observatorio W. M. Keck en la cima de Maunakea en Hawai revelaron la dramática naturaleza de doble cara de la enana blanca. El equipo utilizó un instrumento llamado espectrómetro para difundir la luz de la enana blanca en un arco iris de longitudes de onda que contienen huellas químicas. Los datos revelaron la presencia de hidrógeno cuando un lado del objeto estaba a la vista (sin signos de helio), y solo helio cuando el otro lado giraba a la vista.

¿Qué causaría que una enana blanca flotando sola en el espacio tuviera caras tan drásticamente diferentes? El equipo reconoce que están desconcertados, pero han presentado algunas teorías posibles. Una idea es que podemos estar presenciando a Janus experimentando una rara fase de evolución de la enana blanca.

"No todas, pero algunas enanas blancas pasan de estar dominadas por hidrógeno a helio en su superficie", explica Caiazzo. "Podríamos haber atrapado a una de esas enanas blancas en el acto".

Después de que se forman las enanas blancas, sus elementos más pesados se hunden en sus núcleos y sus elementos más ligeros, siendo el hidrógeno el más ligero de todos, flotan hacia la parte superior. Pero con el tiempo, a medida que las enanas blancas se enfrían, se cree que los materiales se mezclan. En algunos casos, el hidrógeno se mezcla en el interior y se diluye de tal manera que el helio se vuelve más frecuente. Janus puede encarnar esta fase de transición, pero una pregunta apremiante es: ¿por qué la transición está ocurriendo de una manera tan inconexa, con un lado evolucionando antes que el otro?

La respuesta, según el equipo científico, puede estar en los campos magnéticos.

"Los campos magnéticos alrededor de los cuerpos cósmicos tienden a ser asimétricos, o más fuertes en un lado", explica Caiazzo. "Los campos magnéticos pueden impedir la mezcla de materiales. Entonces, si el campo magnético es más fuerte en un lado, entonces ese lado tendría menos mezcla y, por lo tanto, más hidrógeno".

Otra teoría propuesta por el equipo para explicar las dos caras también depende de los campos magnéticos. Pero en este escenario, se cree que los campos cambian 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", dice el coautor James Fuller, profesor de astrofísica teórica en Caltech. "No sabemos cuáles de estas teorías son correctas, pero no podemos pensar en otra forma de explicar los lados asimétricos sin campos magnéticos".

Para ayudar a resolver el misterio, el equipo espera encontrar más enanas blancas similares a Janus con el estudio del cielo de ZTF. "ZTF es muy bueno para encontrar objetos extraños", dice Caiazzo. Los estudios futuros, como los que realizará el Observatorio Vera C. Rubin en Chile, dice, deberían facilitar aún más la búsqueda de enanas blancas variables.