El Telescopio William Herschel participa en el descubrimiento de una enana blanca nacida de la fusión de dos estrellas

Un equipo internacional de investigadores liderado por la Universidad de Warwick y en colaboración con una científica del IAC ha descubierto una enana blanca de dimensiones inusuales. Esta enana podría ser, en realidad, el resultado de la fusión de dos enanas blancas. El descubrimiento se publica hoy en la revista Nature Astronomy y podría resolver algunas preguntas sobre la evolución de las enanas blancas y el número de supernovas que existen en nuestra galaxia.

La estrella, situada a 150 años luz de nosotros, ha sido identificada gracias a los datos recogidos por el telescopio Gaia, de la Agencia Espacial Europea (ESA). De esta forma, los astrónomos usaron el Telescopio William Herschel (WHT), del Grupo de Telescopios Isaac Newton (ING), instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, para centrarse en el seguimiento de posibles enanas blancas de grandes dimensiones. Aplicando un procedimiento de espectroscopía y tras descomponer la luz emitida por la estrella, los científicos pudieron determinar la composición química de su atmósfera y descubrir altos niveles de carbono en ella, algo inusual.

El autor principal de la investigación, Mark Hollands, del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, comenta: “Esta estrella destacó por ser algo que no se había visto antes. Habitualmente, esperamos observar una capa exterior de hidrógeno, a veces mezclada con helio, o simplemente una combinación de helio y carbono. No esperas ver esta combinación de hidrógeno y carbono al mismo tiempo ya que debería haber una capa gruesa de helio en medio que evite eso. Cuando observamos esto, no tenía sentido”.

Para intentar resolver este misterio, los astrónomos investigaron los orígenes de la estrella. Las enanas blancas son restos de estrellas como el Sol que han agotado todo su combustible y se han desprendido de sus capas exteriores. La mayoría son relativamente ligeras (sobre 0,6 veces la masa del Sol), pero esta enana posee casi el doble de masa. A pesar de ello, la estrella tiene un tamaño equivalente a dos tercios del diámetro de la Tierra, es decir, 150 veces más pequeña que el Sol.

La edad de la enana blanca también es otra pista que los investigadores observaron. “Las estrellas más antiguas orbitan la Vía Láctea más rápido que las más jóvenes. El objeto en cuestión se mueve más rápido que el 99% de las otras enanas blancas cercanas que tienen la misma edad”, explica Paula Izquierdo, investigadora del IAC y coautora del artículo. Esto sugiere que la estrella es más antigua de lo que parece.

“Tenemos una composición – añade Hollands – que no podemos explicar a través de la evolución estelar normal, una masa que es el doble de la esperada para una enana blanca, y una edad cinemática mayor que la inferida por el enfriamiento. Estamos seguro de cómo una estrella forma una enana blanca y no debería hacer esto. La única forma de explicarlo es que fue formada a partir de la fusión de dos enanas blancas”.

Cuando una estrella en un sistema binario se expande al final de su vida, puede envolver a su compañera, acercando sus órbitas a medida que la primera estrella se encoge. Lo mismo ocurrirá cuando la otra estrella se expanda. Durante miles de millones de años, la emisión de ondas gravitacionales encogerá la órbita, llegando a un punto en el que las dos estrellas se fusionarán.

Aunque la fusión de enanas se ha previsto, esta en particular es inusual. La mayoría de fusiones en nuestra galaxia suelen ocurrir entre estrellas con masas diferentes, mientras que esta parece darse entre dos estrellas de tamaño similar. Existe también un límite a la masa de la enana blanca resultante: a más de 1,4 masas solares se piensa que explotaría en una supernova, aunque es posible que estas explosiones ocurran con masas ligeramente más bajas. Así, el descubrimiento de esta estrella resulta útil para demostrar la gran masa que una enana blanca puede llegar a alcanzar y aun así sobrevivir.

Precisamente porque el proceso de fusión reinicia el enfriamiento de la estrella, es difícil determinar su edad. La enana blanca probablemente se fusionó hace 1,3 mil millones de años, pero las dos enanas originales pueden haber existido miles de millones de años antes.

“Quizás lo más emocionante de esta estrella –concluye Hollands- es que debe haber fallado para explotar como una supernova –esas explosiones gigantescas son realmente importantes para cartografiar la estructura del Universo, ya que pueden ser detectadas a grandes distancias. No obstante, se mantiene bastante incertidumbre sobre qué tipo de sistemas estelares llegan a la fase de supernova. Aunque suene extraño, medir las propiedades de esta supernova “fallida”, y futuras similares, nos dice mucho sobre los caminos hacia la auto aniquilación termonuclear”.

Artículo: Hollands, M. et al. “Two stars merged to form massive white dwarf”, Nature Astronomy, Mach 2, 2020, DOI: 10.1038/s41550-020-1028-0