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Astrosismología para analizar la estructura interna y las pulsaciones de las enanas blancas

Un grupo de investigadores de la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas de la UNLP y del IALP-CONICET descubrieron a través de los datos obtenidos por las observaciones del satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, NASA) y herramientas de la astrosismología, que algunas enanas blancas -los restos finales de algunas estrellas- tienen pulsaciones. Analizaron las enanas blancas DBV, que son las que tienen una delgada atmósfera de helio y son muy escasas. La Astrosismología es una nueva disciplina que, al igual que en la sismología terrestre, se basa en la medición de las vibraciones para analizar la estructura interna de un cuerpo.

Las estrellas pasan su "vida" brillando de manera estable, hasta que su evolución las lleva a una serie de transformaciones que terminan en diferentes cuerpos finales: enanas blancas, estrellas de neutrones o agujeros negros. Ese destino final depende de la cantidad de materia (la masa) que tenía originalmente la estrella. Las enanas blancas son los restos finales de las estrellas que originalmente tenían una masa menor a 9 veces la masa del Sol. Por lo tanto, nuestra estrella también terminará su evolución, dentro de miles de millones de años, como una enana blanca. Las enanas blancas son cuerpos muy calientes que van enfriándose a un ritmo extremadamente lento. Su tamaño es muy pequeño ya que son apenas más grandes que nuestro planeta. Sin embargo, en su interior contienen un gran porcentaje de toda la materia de una estrella completa. Eso significa que la materia que las compone (en general, átomos de carbono y oxígeno) está comprimida de una manera increíble.

Algunas enanas blancas presentan "pulsaciones" que son vibraciones debidas a que sus interiores no están en completo equilibrio. Las pulsaciones son un fenómeno común que ocurre en muchas estrellas cuando pasan por algunas etapas de su evolución. Algunas estrellas pulsan radialmente, es decir, se expanden y se contraen como un todo de manera periódica. Sin embargo, la mayoría de las enanas blancas sufren pulsaciones más complejas llamadas "pulsaciones no-radiales". En ellas, una parte de su material interior se expande, mientras que otra parte se contrae. Si se pudiera ver la superficie de la enana blanca pulsante, notaríamos que oscila con regiones que suben y otras que bajan ligeramente, como el parche de un tambor que resuena. A medida que las enanas blancas pulsan, en períodos que van entre 100 y 7000 segundos, va cambiando su brillo total. Entonces, es posible medir estos cambios observándolas sucesivamente con telescopios muy potentes. La medición precisa de los ritmos de oscilación o períodos (puede haber muchos períodos superpuestos y actuando a la vez) ha abierto un nuevo camino para estudiar el misterioso interior de las enanas blancas y de otras estrellas pulsantes. Se trata de una nueva disciplina llamada "astrosismología" que, a semejanza de la sismología terrestre, se basa en la medición de las vibraciones de las estrellas para analizar su estructura interna.

Usando observaciones del satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, NASA), un equipo internacional liderado por el Dr. Alejandro Córsico, profesor de la Facultad de Ciencias Astronómicas e investigador principal de CONICET-IALP, descubrió la pulsación en dos enanas blancas. Junto al Dr. Leandro Althaus, también miembro de la FCAG y CONICET, reportaron sus descubrimientos en un artículo que ha sido aceptado para su publicación en la prestigiosa revista científica Astronomy & Astrophysics. En este trabajo, además de reportar el notable hallazgo, suman numerosos datos obtenidos mediante la astrosismología de otras tres enanas blancas cuya pulsación ya se conocía.

Los investigadores analizaron enanas blancas de tipo DBV, clasificadas así por tener una delgada atmósfera con helio. Las enanas blancas pulsantes de este tipo son mucho más escasas (con este trabajo se conocen apenas unos 49 objetos) que las más numerosas enanas blancas pulsantes de tipo DAV (alrededor de 500), las que tienen atmósferas ricas en hidrógeno. Esto hace que este descubrimiento sea sumamente importante, ya que no se conoce el origen de las DBV pulsantes y porque una muestra más numerosa de estas estrellas permite hacer mejores estimaciones de sus características físicas comunes.

Si bien el objetivo del satélite TESS es la búsqueda de exoplanetas (planetas pequeños alrededor de estrellas cercanas), el equipo de trabajo pudo aprovechar sus observaciones detalladas y secuenciales para encontrar la variación del brillo (llamada "curva de luz") de las enanas blancas. Con esa información, sumada a modelos numéricos de la estructura de estas estrellas, los investigadores pudieron obtener datos tales como la clase de pulsación, los períodos de oscilación y una estimación de la masa y de la distancia a estas estrellas. Es importante resaltar que el acceso a las observaciones del satélite TESS se dio gracias al aporte del joven investigador de Turquía llamado Murat Uzundag, quien recientemente realizó su tesis doctoral en Chile.

Título del artículo: "Pulsating H-deficient WDs and pre-WDs observed with TESS: V. Discovery of two new DBV pulsators, WD J152738.4-450207.4 and WD 1708-871, and asteroseismology of the already known DBV stars PG 1351+489, EC 20058-5234, and EC 04207-4748"

Autores: Alejandro H. Córsico, Murat Uzundag, S. O. Kepler, Leandro G. Althaus, Roberto Silvotti, Paul A. Bradley, Andrzej S. Baran, Detlev Koester, Keaton J. Bell, Alejandra D. Romero, J. J. Hermes, Nicola P. Gentile Fusillo.

Versión preliminar del artículo: https://arxiv.org/abs/2210.05486

 

Actualizado el 26/10/2022