Imagen de los cúmulos globulares M13 (a la izq.) y M3 (der) obtenidas con el Telescopio Espacial Hubble. Credit: ESA/Hubble & NASA, G. Piotto et al.

Porque no todas envejecen en igual tiempo, en contrario con la teoría más aceptada, pero que sí confirma lo que el investigador argentino Leandro Althaus propone teóricamente desde hace varios años.

Este lunes 6 de septiembre, la revista Nature Astronomy publica un trabajo realizado por varios investigadores de distintos países, en el cual figura con un valioso aporte, el Dr. en Astronomía Leandro Althaus, Profesor de la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas (FCAG) de la UNLP e investigador principal del CONICET. El Dr. Althaus es un referente en enanas blancas en nuestro país y en el contexto astronómico internacional. Dialogamos con él para conocer mejor sobre esas estrellas que están en el final de sus vidas, y sobre esta confirmación observacional -gracias a las imágenes obtenidas con el Telescopio Espacial Hubble de NASA / ESA- sobre lo que su Grupo de investigación "Evolución y pulsaciones estelares" predijo teóricamente. De la teoría a la verificación observacional.
Las enanas blancas son el destino final de la mayoría de las estrellas del universo. En datos más precisos, aproximadamente el 98% de todas las estrellas terminarán como enanas blancas, objetos que carecen de la posibilidad de producir energía a través de reacciones termonucleares estables y que por lo tanto mueren gradualmente, volviéndose progresivamente más frías y menos luminosas. Nuestro Sol llegará al final de su vida como una enana blanca. Hasta ahí, un final común pero...

Un equipo internacional de astrónomos, que incluye al Dr. Althaus, y dirigido por científicos de la Universidad de Bolonia y el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) pidió turno de observación con el Telescopio espacial Hubble para enfocarlo en dos sistemas estelares casi idénticos -los cúmulos globulares M13 y M3- y así comparar sus respectivas poblaciones de enanas blancas luminosas. Lo que sucedió es que, al contrario de lo que predice la teoría estándar de evolución de enanas blancas, hallaron que algunas enanas blancas envejecen más lentamente que otras. "Pudimos verificar nuestros modelos teóricos", destaca el Dr. Leandro Althaus.

Tal es la contundencia y coherencia entre la teoría y la observación, que los tres referatos de la publicación de Nature Astronomy resaltaron la claridad del trabajo que hoy publican.

Dr. Leandro Althaus.

Un laboratorio natural enfocado por el Hubble

 Los cúmulos globulares son agrupaciones de cientos de miles de estrellas. En el caso de los dos cúmulos observados para este trabajo de investigación, ambos comparten muchas propiedades físicas, como la edad, la masa, la metalicidad (son todos aquellos elementos químicos que no sean hidrógeno y helio, los más abundantes en el universo). La clave fue prestar atención al número de enanas blancas en cada cúmulo "mellizo".

M3 contiene aproximadamente 500.000 estrellas y se encuentra a una distancia de 33.000 años luz de la Tierra, en la constelación de Canes Venatici.
M13 está en la constelación de Hércules, un poco más cerca de la Tierra, a 25.000 años luz, y contiene un poco menos de estrellas.
"Al comparar las observaciones del Hubble, los investigadores encontraron que la población de enanas blancas en M13 es mucho más numerosa que en M3, lo que implica que las enanas blancas en M13 están envejeciendo más lentamente que en M3. Esto es atribuible a que la gran mayoría de las enanas blancas en M13 poseerían reacciones termonucleares estables en sus superficies, lo que les garantiza una fuente inesperada de energía, capaz de retrasar el proceso de envejecimiento de la enana blanca", dice el Dr. Althaus.

...Porque el tiempo pasa, nos vamos poniendo viejos...

Pero no de igual manera, dirá el Dr. Leandro Althaus y sus colegas, en el trabajo que se publica hoy en Nature Astronomy. El secreto de este envejecimiento más lento en algunas estrellas enanas blancas está escrito en su historia, es decir en sus estrellas progenitoras, que en el caso de M13 han sido capaces de saltear un proceso conocido como tercer dragado, un estadio en el que se terminan de quemar los restos de hidrógeno que quedan en la superficie. Al saltearse esa etapa, las enanas blancas conservan una mayor cantidad de hidrógeno, lo que les permite tener reacciones termonucleares y así retrasar su proceso de envejecimiento.

De una PC a un laboratorio natural

 Así como los telescopios y misiones espaciales son herramientas cruciales para las observaciones astronómicas, los programas computacionales en varias PC de una oficina como en la que trabaja Leandro Althaus, son el alma de un trabajo teórico. Y claramente, las personas.

Las observaciones que proveyó el siempre valioso telescopio Hubble sobre M13 y M3 fueron de una calidad superlativa y le dieron a los científicos una buena base de sustentación para confirmar la teoría propuesta por el Dr. Leandro Althaus y su Grupo de investigación "Evolución y pulsaciones estelares".
"Hace unos cinco años propusimos en un trabajo teórico, que algunas estrellas enanas blancas tendrían una fuente de energía termonuclear que, tradicionalmente, no es lo que se acepta.

Lo explicamos postulando que los progenitores de estas estrellas -los progenitores son todas las estrellas menores a 10 masas solares que finalizarán como enanas blancas- bajo ciertas condiciones, podrían terminar en enanas blancas que contendrían en la superficie reacciones termonucleares estables.

Eso hace que la estrella tenga una fuente extra de energía -un "motor"- y retarde su envejecimiento; son similares a sus hermanas normales, presentando el mismo brillo, pero tienen una edad mucho mayor.

La mayoría de los investigadores no sostenían eso porque desde hace años se acepta que las enanas blancas carecen de reacciones termonucleares y que su evolución es consecuencia de un simple proceso de enfriamiento, conduciendo a una relación directa entre su edad y su temperatura.

Fue una predicción teórica que necesitaba una confirmación observacional. Por eso estamos tan entusiasmados con los resultados observacionales que reportamos en Nature".

Althaus agrega, "el contacto con el grupo que lidera Francesco Ferraro surgió por mi colega italiano Maurizio Salaris que hace décadas trabaja en la Universidad de John Moores de Liverpool y tiene estrecho contacto con el grupo de investigadores de Bolonia. Con Maurizio publicamos algunos trabajos juntos y me comentó que en la Universidad de Bolonia tenían un turno de observación con el telescopio Hubble.
Los modelos que nosotros habíamos calculados cuadraban perfectamente con las observaciones y me propuso participar en este proyecto. Acepté y me dediqué a hacer los cálculos teóricos necesarios.

Ellos no estudiaron todas las enanas blancas de esos cúmulos, sólo se concentraron en las más brillantes".

A reescribir parte de la teoría sobre enanas blancas

El Dr. Althaus explica, "nuestro trabajo teórico sugiere que ese "motor" que enlentece el envejecimiento de las enanas blancas es la quema nuclear en sus superficies. La observación con el Hubble que sale en este artículo de Nature Astronomy es la primera demostración de que hay enanas blancas que pueden tener quema nuclear estable en la superficie y evolucionar, por ende, mucho más lentamente, lo cual altera profundamente el concepto que hace más de 50 años se tiene sobre cómo envejecen estas estrellas.

Cualquier libro estándar que usamos para estudiar evolución estelar, en el capítulo de enanas blancas dice: son objetos inertes sin quema nucleares, brillan a expensas de un lento proceso de enfriamiento que tarda miles de millones de años. Siempre figura la frase ´sin quema nuclear´.

Este trabajo demuestra que no es así en todos los casos".

El descubrimiento tiene consecuencias directas sobre los métodos con los que los astrónomos miden la edad de las estrellas en la Vía Láctea y de las poblaciones estelares cercanas: si se considera este nuevo escenario de existencia de enanas blancas con combustión activa de hidrógeno en su superficie, las estimaciones realizadas en base a las tasas de enfriamiento predecibles del modelo estándar aceptado podrían ser inexactas hasta en mil millones de años: "Estos objetos se usan como relojes cósmicos para determinar edades, pero también como laboratorios naturales para la comprobación de distintas teorías físicas, de modo que nuestro hallazgo puede cambiar las conclusiones sobre procesos físicos que van más allá de la astrofísica estelar", concluye Althaus.

Enanas blancas: valiosas para muchas ramas de la ciencia

Consultado sobre el interés de las enanas blancas por fuera de la Astronomía, el Dr. Althaus ejemplificó, "las enanas blancas son laboratorios cósmicos caracterizados por presiones, densidades y temperaturas extremas que no se pueden reproducir en laboratorios terrestres. Entonces se pueden estudiar las propiedades de la materia en esas condiciones, con interés para la gente que trabaja en cuestiones de física teórica y física de partículas. A modo de ejemplo, se cree que las enanas blancas emitirían axiones, partículas débilmente interactuantes propuestas teóricamente que no han sido aún detectadas y que podrían ser la clave para explicar el origen de la materia oscura del Universo. Las enanas blancas constituyen un escenario astrofísico ideal que permite determinar propiedades de estas posibles partículas".

...Y dale alegría, alegría a mi corazón...

No sólo el Dr. Leandro Althaus está más que satisfecho con este trabajo internacional del que forma parte, sino también todo su Grupo de investigación en la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas de la UNLP. "Esto nos abre la posibilidad de continuar estudiando la población de enanas blancas en otros cúmulos estelares y evaluar el impacto que nuestras predicciones, ahora confirmadas, tendrían sobre las propiedades poblaciones y evolutivas de éstos.

Desde el año 2006 hemos formado numerosos becarios en nuestro grupo, tenemos dirigidas unas 8 tesis doctorales y formamos muchos colegas que hoy están trabajando en distintas partes del mundo y con quienes seguimos colaborando. Hay nuevos jóvenes que se suman y esta confirmación de nuestro postulado teórico da mucho empuje. Es una gran satisfacción personal y para todo el Grupo".

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Personas e instituciones involucradas en el trabajo de investigación

 -Universidad de Bolonia: *Jianxing Chen (primer autor), Francesco R. Ferraro, Cristina Pallanca, Barbara Lanzoni.
-INAF-OAS: Mario Cadelano, Emanuele Dalessandro.
-Universidad John Moores de Liverpool (Reino Unido): Maurizio Salaris.
-Universidad Nacional de La Plata (Argentina): Leandro Althaus.

*El primer autor es Jianxing Chen, estudiante de doctorado del grupo estelar dirigido por Francesco Ferraro en el Departamento de Física y Astronomía "A. Righi" de la Universidad de Bolonia, Italia.

El Dr. en Astronomía Leandro Althaus (FCAG-UNLP) es Prof. Titular de la cátedra Estrellas Enanas Blancas (FCAG) e Investigador Principal en el Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP, CONICET-UNLP.).

Fuentes:

http://www.cosmic-lab.eu/Cosmic-Lab/slow_WD.html

Entrevista realizada por Per. Alejandra Sofía al Dr. Leandro Althaus.