Los astrónomos resuelven el misterio del heavy metal de la enana blanca

Estudios recientes muestran que las enanas blancas pueden consumir no sólo pequeños asteroides y cometas, sino también planetas potencialmente más grandes, debido a los cambios dinámicos provocados por su proceso de formación. Crédito: SciTechDaily.com

Investigaciones recientes muestran que las enanas blancas consumen planetesimales cercanos debido a una «patada de nacimiento» durante su formación. Esta alteración dinámica afecta a su movimiento y a la dinámica del material circundante, explicando la presencia de metales pesados ​​en las superficies de las enanas blancas y ofreciendo nuevos conocimientos sobre la evolución de los sistemas solares, incluido el nuestro.

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 en la densa bola de una una enana blancahaciendo que nuestra galaxia parezca un cementerio etéreo.

A pesar de su prevalencia, la composición química de estos restos estelares ha sido un problema para los astrónomos durante años. La presencia de elementos metálicos 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, ésta es lo suficientemente densa como para que estos metales pesados ​​se hundan muy rápidamente hasta el núcleo», explica el estudiante de posgrado de JILA Tatsuya Akiba. «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».

Consumo de enana blanca

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 puede 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 la enana blanca.

Órbitas planetesimales alrededor de una enana blanca. Inicialmente, cada planetesimal tiene una órbita circular y prograda. La patada forma un disco de desechos excéntrico con órbitas progradas (azul) y retrógradas (naranja). Crédito: Steven Burrows/Madigan Group/JILA

En los resultados reportados en un nuevo artículo en el Cartas de revistas astrofísicas, 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 los planetesimales en su vecindad. Utilizando simulaciones por computadora, los investigadores simularon que la enana blanca recibía una «patada de nacimiento» durante su formación (que fue observada) causada por una pérdida de masa asimétrica, cambiando su movimiento y la dinámica de cualquier material circundante.

Resultados de la simulación

En el 80% de sus pruebas, los investigadores observaron que, desde la patada, las órbitas de cometas y asteroides dentro de 30 a 240 AU de la enana blanca (correspondiente al Sol –Neptuno distancia y más allá) se alargó y alineó. Además, alrededor del 40% de los planetesimales que se comen posteriormente provienen 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 planetas enanas blancas cercanos todavía tenían órbitas alargadas y se movían como una unidad coherente, un resultado nunca antes visto.

«Creo que eso es algo único en nuestra teoría: podemos explicar por qué los eventos de acreción son tan duraderos», dice Madigan. «Si bien otros mecanismos podrían explicar un evento de acreción original, nuestras simulaciones de patada muestran por qué esto sigue sucediendo cientos de millones de años después».
Estos resultados explican por qué se encuentran metales pesados ​​en la superficie de una enana blanca, ya que esa enana blanca consume constantemente objetos más pequeños a su paso.

Estudios de dinámica gravitacional.

Dado que el grupo de investigación de Madigan en JILA se centra en la dinámica gravitacional, observar la gravedad alrededor de 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 a la enana blanca».

Los investigadores esperan llevar sus simulaciones a escalas mayores 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, pueden no ser la única fuente de contaminación metálica en la superficie de la enana blanca. Por lo tanto, las enanas blancas pueden comerse algo más grande, como un planeta».

Información sobre la evolución del sistema solar

Estos nuevos hallazgos continúan revelando más 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 el origen y la evolución futura de nuestro sistema solar y revelan 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 sucede 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».

Referencia: «Alteración de las mareas de planetesimales por un disco de desechos excéntrico después de una patada natal de una enana blanca» por Tatsuya Akiba, Selah McIntyre y Ann-Marie Madigan, 23 de abril de 2024, Las cartas del diario astrofísico.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad394c