Las estrellas enanas blancas mientras mueren dan vida a la Tierra

NGC 7789, también conocida como Caroline's Rose, es un antiguo cúmulo abierto de estrellas de la Vía Láctea, que se encuentra a unos 8,000 años luz de distancia hacia la constelación de Casiopea. Alberga algunas enanas blancas de masa inusualmente alta, analizadas en este estudio. Crédito: Guillaume Seigneuret y NASA.

A medida que las estrellas moribundas toman sus últimas bocanadas de vida, esparcen suavemente sus cenizas por el cosmos a través de las magníficas nebulosas planetarias. Estas cenizas, que se propagan a través de vientos estelares, están enriquecidas con muchos elementos químicos diferentes, incluido el carbono.

Los resultados de un estudio publicado en Nature Astronomy muestran que las últimas respiraciones de estas estrellas moribundas, llamadas enanas blancas, arrojan luz sobre el origen del carbono en la Vía Láctea.

"Los hallazgos plantean nuevas y estrictas restricciones sobre cómo y cuándo el carbono fue producido por las estrellas de nuestra galaxia, terminando dentro de la materia prima a partir de la cual se formó el Sol y su sistema planetario hace 4.600 millones de años", dice Jeffrey Cummings, investigador asociado y científico del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad Johns Hopkins, autor del artículo. 

El origen del carbono, un elemento esencial para la vida en la Tierra, en la galaxia de la Vía Láctea aún se debate entre los astrofísicos: algunos están a favor de las estrellas de baja masa que expulsaron sus envolturas ricas en carbono por los vientos estelares y que se convirtieron en enanas blancas, y otros colocan el sitio principal de síntesis de carbono en los vientos de estrellas masivas que eventualmente explotaron como supernovas.

Utilizando datos del Observatorio Keck cerca de la cumbre del volcán Mauna Kea en Hawai, recopilados entre agosto y septiembre de 2018, los investigadores analizaron enanas blancas pertenecientes a los cúmulos estelares abiertos de la Vía Láctea. Los cúmulos estelares abiertos son grupos de hasta unos pocos miles de estrellas unidos por atracción gravitacional mutua.

A partir de este análisis, el equipo de investigación midió las masas de las enanas blancas y, utilizando la teoría de la evolución estelar, también calculó sus masas cuando estas se originaron.

La conexión entre las masas de nacimiento con las masas de enanas blancas finales se llama relación de masa inicial-final, un diagnóstico fundamental en astrofísica que contiene los ciclos de vida completos de las estrellas. La investigación previa siempre encontró una relación lineal cada vez mayor: cuanto más masiva es la estrella al nacer, más masiva es la enana blanca al morir.

Pero cuando Cummings y sus colegas calcularon la relación de masa inicial-final, se sorprendieron al descubrir que las enanas blancas de este grupo de cúmulos estelares abiertos tenían masas más grandes de lo que los astrofísicos creían anteriormente. Con este descubrimiento, se dieron cuenta, que rompía la tendencia lineal conocida por parte de otros estudios. En otras palabras, las estrellas que se crearon hace aproximadamente mil millones de años en la Vía Láctea no producían enanas blancas de aproximadamente 0,60-0,65 masas solares, como se pensaba comúnmente, pero murieron dejando restos más masivos de aproximadamente 0,7 a 0,75 masas solares. 

Los investigadores dicen que esta pista en la tendencia explica cómo el carbono de las estrellas de baja masa llegó a la Vía Láctea. En las últimas fases de sus vidas, las estrellas dos veces más masivas que el Sol de la Vía Láctea produjeron nuevos átomos de carbono en sus cálidos interiores, los transportaron a la superficie y finalmente los extendieron al entorno interestelar circundante a través de suaves vientos estelares. Los modelos estelares del equipo de investigación indican que la eliminación de la envoltura exterior rica en carbono ocurrió lo suficientemente lento como para permitir que los núcleos centrales de estas estrellas, las futuras enanas blancas, crezcan considerablemente en masa.

El equipo calculó que las estrellas tenían que tener al menos 1,5 masas solares para esparcir sus cenizas ricas en carbono al morir.

Los hallazgos, según Paola Marigo, profesora de física y astronomía en la Universidad de Padua y primera autora del estudio, ayuda a los científicos a comprender las propiedades de las galaxias en el universo. Al combinar las teorías de la cosmología y la evolución estelar, Los investigadores esperan que las estrellas brillantes y ricas en carbono cercanas a su muerte, como los progenitores de las enanas blancas analizadas en este estudio, estén actualmente contribuyendo a la luz emitida por galaxias muy distantes. Esta luz, que lleva la firma del carbono recién producido, es recogida de manera rutinaria por los grandes telescopios del espacio y la Tierra para investigar la evolución de las estructuras cósmicas. Por lo tanto, esta nueva comprensión de cómo se sintetiza el carbono en las estrellas también significa tener un intérprete más fiable en cuanto a la luz del universo lejano.

Fuente: Universidad de Johns Hopkins,