SONDEANDO LAS PROFUNDIDADES DE UNA ESTRELLA MORIBUNDA - FERIA DE LA CIENCIA Y TECNOLOGIA

Vaya al Contenido
SONDEANDO LAS PROFUNDIDADES DE UNA ESTRELLA MORIBUNDA
Un débil resplandor de la estrella enana blanca KIC08626021, ubicada a 1.375 años luz de distancia cerca de las constelaciones de Cygnus y Lyra, nos alcanza. Sus ligeras vibraciones superficiales (terremotos estelares) se midieron con gran precisión. Por primera vez, estos temblores revelan misterios enterrados en el núcleo de estos restos estelares.

Un telescopio pequeño y viejo todavía puede hacer ciencia poderosa, incluso ayudando a los astrofísicos a emprender un viaje virtual al centro de una estrella muerta. Lo que descubrieron puede cambiar nuestro conocimiento de cómo las estrellas, incluido nuestro sol, evolucionan y envejecen.
Hay momentos en los que tener lo último y lo mejor en tecnología no es lo único que cuenta, incluso en un campo donde el éxito depende críticamente de los avances tecnológicos, como lo hace en la astronomía.

Esta es la historia de un telescopio y un instrumento considerado  "vintage " por los estándares de hoy, y la forma en que permitió a un grupo de investigadores a tener éxito en la realización de un descubrimiento que de otro modo no habrían podido realizar, si hubieran confiado exclusivamente en el avanzado instrumento satelital que recoge los datos iniciales.

Todo comenzó cuando los datos tomados por la nave espacial Kepler de la NASA revelaron que una enana blanca llamada KIC 08626021, el "cadáver" de una estrella similar al Sol, estaba pulsando. Eso en sí mismo no era inusual. Para cuando una estrella se convierte en una enana blanca, ha quemado todo su combustible nuclear y se está enfriando por última vez. En varios puntos durante el proceso de enfriamiento, una enana blanca se vuelve inestable, causando que pulse simultáneamente en múltiples frecuencias diferentes. Estas profundas vibraciones son la clave para revelar el interior del remanente estelar. La estratificación química interna de la estrella enana blanca crea una firma única en la modulación de la luz que sale de la estrella, que, una vez descifrada, permite a los científicos obtener una cartografía de su estructura interna.

Los temblores estelares producen vibraciones que a veces se propagan hasta el núcleo estelar, como es el caso de la DW blanca ARF Star KIC 08626021.
Los astrónomos que estudian cómo nacen las estrellas, cómo envejecen y cómo mueren creen que los enanos blancos, especialmente los pulsadores como KIC 08626021, nos dan una vista previa de la vida después de nuestro sol, mucho después de que haya consumido nuestro planeta en su ardiente agonía de muerte. De hecho, la gran mayoría de las estrellas del universo terminarán siendo enanas blancas. Estas reliquias estelares conservan las impresiones de procesos físicos pasados como la quema nuclear y los episodios de mezcla convectiva — fenómenos que no son tan bien comprendidos en el modelado real de la teoría de la evolución estelar. Echar un vistazo a la estructura interna y la composición de estas estrellas permite a los científicos dilucidar mejor la física en juego durante todas las fases de la evolución estelar, incluyendo las que ocurren en nuestro sol.

Pero en el caso de KIC 08626021, algo estaba apagado. Las pulsaciones que Kepler observó en esta estrella fueron demasiado rápidas para el tipo de enana blanca que inicialmente se informó, basándose en los modelos de astrónomos comúnmente utilizados para investigar estas estrellas.  

"Un espectro de luz tomado con el Telescopio William Herschel en La Palma en las Islas Canarias, sugirió que su atmósfera contenía sólo helio y no hidrógeno, "dice Elizabeth Green, una astrónoma asociado del Observatorio de stewards de la Universidad de Arizona que ayudó a descifrar la verdadera naturaleza de la estrella. "Esto fue un problema porque una enana blanca de ese tipo debe tener una temperatura más fría y por lo tanto oscilaciones más lentas que lo que Kepler vio".

Vintage workhorse: Dedicado en 1969 y bautizado así en honor a Bart Bok, director del Observatorio Steward de la UA, el Telescopio Bok de la UA ha apuntado su espejo primario de 90 pulgadas cada noche, excepto Nochebuena y un período de mantenimiento durante el temporada de lluvia de verano. (Imagen cortesía del Observatorio Steward)
Green fue parte de un equipo internacional de astrofísicos de Toulouse, Francia; Montreal; Tucson; Lieja, Bélgica; y Beijing, que se propuso desentrañar la composición interna de KIC 08626021 descifrando las oscilaciones de brillo observadas en su superficie, utilizando asterosismología, una técnica similar a los métodos utilizados por los geofísicos para estudiar la estructura de la Tierra, analizando las ondas sísmicas causadas por los terremotos. Los investigadores publicaron sus resultados en un artículo reciente en la revista Nature.

"Para  poder modelar con éxito una estrella con astrosismología, se necesita  hacer que el modelo sea lo más realista posible", dice Green. "Esto significa que deben especificarse los valores para un gran número de parámetros diferentes: la masa total y el radio de la estrella, la temperatura atmosférica, el espesor y la composición de la atmósfera y, en el caso de una enana blanca como esta, cuyo interior está estratificado en capas de diferentes elementos, la masa, el espesor y la composición de cada capa interior ".

En el proceso de modelar los interiores de las estrellas, los teóricos primero construyen una gama de modelos estelares teóricos que cubren todos los valores posibles de cada parámetro desconocido, y determinan qué frecuencias de pulsación se excitarían en cada uno. Luego, comparan los conjuntos de frecuencias de modelos resultantes con las  frecuencias observadas para ver si hay coincidencias y, de ser así, cuáles coinciden mejor con las observaciones.

Viaje al centro de una estrella enana blanca: los astrofísicos usan la astroseismología para aprender sobre el funcionamiento interior de una estrella, similar a la forma en que los geólogos reúnen pistas sobre la arquitectura de la Tierra observando cómo los impactos sísmicos viajan a través de su interior. (Ilustración: Élodie Duhameau)
"Para  la astrosismología estelar", explica Green, "una de las mejores formas  de demostrar que sus modelos son realistas es analizar un espectro de la  luz de la estrella, determinar su temperatura efectiva y su gravedad, y mostrar que estos valores concuerdan con la temperatura y la gravedad del mejor modelo astrosismico ".
Para hacer esto, Green pasó varias noches apuntando el Telescopio Bok de Steward en Kitt Peak en la enana blanca KIC 08626021, a 1.376 años luz  de distancia en la constelación de Cygnus. Utilizando el espectrógrafo B & C del telescopio, midió la cantidad de luz que emite la estrella en diferentes longitudes de onda, para obtener el  llamado espectro que luego analizaron sus colegas para determinar los  parámetros atmosféricos reales de la estrella muerta.
"La  obtención de suficientes espectros individuales para combinarlos en un solo espectro útil no fue una hazaña pequeña ya que era una estrella  bastante débil para un telescopio de este tamaño", dice Green. "Sin embargo, tuvimos suficiente tiempo asignado para hacer el trabajo correctamente. Hubiera sido mucho más difícil hacerlo con otros telescopios e instrumentos más potentes en otros lugares, que tienen una competencia mucho más intensa para observar el tiempo".

Las observaciones de Green ayudaron a aclarar un misterio que resultó en la clasificación correcta de KIC 08626021. Su espectro fue el primero en demostrar convincentemente que la atmósfera de esta enana blanca no estaba compuesta enteramente de helio, sino que también contenía importantes trazas de hidrógeno. "Dado que el hidrógeno tiene un gran efecto sobre la opacidad de la atmósfera, la composición atmosférica ligeramente diferente resultó en  una temperatura efectiva calculada más alta para la estrella, consistente con sus pulsaciones relativamente rápidas", dice ella.

Variaciones  de amplitud y frecuencia de los modos de oscilación en la estrella  enana blanca PP pulsante KIC ~ 08626021: la probable firma del  acoplamiento de modo resonante no lineal. Ver más,,,

La solución astrosísmica que mejor se ajustaba no solo coincidía "maravillosamente" con las frecuencias de pulsación observadas por el satélite Kepler, según Green, sino que ahora también concuerda extremadamente bien con la temperatura y la gravedad determinadas por el espectro del Telescopio Bok.
Al retirar las diferentes capas de la enana blanca, se reveló que el núcleo estelar de estas estrellas es más grande y más rico en oxígeno de lo que se había predicho, y proporcionó pistas sobre todos los principales elementos químicos presentes. Además, un conocimiento preciso de la composición química interna de las enanas blancas también es útil como un "cronómetro cosmológico" que permite a los astrónomos determinar las edades de las diversas poblaciones estelares de nuestra galaxia.
"Para mí, la parte más emocionante de este estudio es que ahora tenemos valores 'observados' para cosas como el tamaño del núcleo y la abundancia de oxígeno en el centro de una estrella que se está acercando al final de su vida estelar", dice Green. "Es casi como una verdadera visión de rayos X. Estos nuevos resultados se utilizarán para refinar nuestro conocimiento de los procesos físicos que tienen lugar en condiciones extremas en el interior de casi todas las estrellas".

Daniel Stolte
Escritor de ciencia
Coordina  con investigadores universitarios, agencias de financiamiento externo e  instituciones y organizaciones asociadas en el desarrollo de historias  interesantes que muestran el impacto de la investigación científica de la Universidad de Arizona
Teléfono:520-626-4402
Mail: stolte@email.arizona.edu
Tus comentarios son importantes
Regreso al contenido