Un estudio de más de 26.000 estrellas enanas blancas ha confirmado un efecto largamente predicho pero difícil de alcanzar en estas estrellas moribundas y ultradensas: las enanas blancas calientes están ligeramente hinchadas en comparación con las estrellas más frías a pesar de tener la misma masa.
Estos resultados acercan a los científicos a utilizar estos objetos estelares como laboratorios naturales para detectar efectos gravitacionales extremos y buscar partículas exóticas de materia oscura. Se han publicado detalles sobre el estudio, liderado por la Universidad Johns Hopkins D Diario astrofísico.
“Las enanas blancas se encuentran entre las estrellas mejor caracterizadas con las que podemos trabajar para probar estas teorías subyacentes de la física común y corriente con la esperanza de encontrar algo oscuro que apunte a una nueva física fundamental”, dijo Nicole Crumpler, A. Astrofísico de la Universidad Johns Hopkins que dirigió el trabajo. “Si buscas materia oscura, gravedad cuántica u otras sustancias exóticas, entenderás mejor la física normal. De lo contrario, algo que parezca novedoso puede ser una nueva manifestación de un efecto que ya conocemos”.
Las enanas blancas son los núcleos de estrellas que alguna vez fueron como nuestro Sol pero que han agotado todo el hidrógeno que alguna vez usaron como combustible nuclear. Estas estrellas desnudas son tan densas que una cucharadita de su material pesa más de una tonelada, mucho más que la materia normal. Si estas masas estuvieran tan apretadas, su atracción gravitacional podría ser cientos de veces más fuerte que la de la Tierra.
La investigación se basa en medir cómo esas condiciones extremas afectan a las ondas de luz emitidas por las enanas blancas. La luz que se aleja de un objeto tan masivo pierde energía en el proceso de abandonar su gravedad y se vuelve progresivamente más roja. Este efecto de “desplazamiento al rojo” estira las ondas de luz como si fueran goma que los telescopios pueden medir. Esto se debe a la distorsión del espacio-tiempo provocada por la gravedad extrema predicha por la teoría de la relatividad general de Einstein.
Al promediar la velocidad de las enanas blancas en relación con la Tierra y agruparlas por gravedad y tamaño, el equipo diseccionó el corrimiento al rojo gravitacional para medir cómo las altas temperaturas afectan el volumen de sus capas gaseosas exteriores.
La investigación la sigue intentando el mismo grupo de Johns Hopkins. Su estudio de 2020 de 3.000 enanas blancas confirmó que se redujeron a medida que ganaron masa debido a la “presión de degeneración electrónica”, un proceso mecánico cuántico que mantiene estables sus densos núcleos durante miles de millones de años sin la necesidad de fusión nuclear, que normalmente sostiene a nuestro Sol. y otros tipos de estrellas. Hasta ahora, el equipo no tenía datos suficientes para confirmar con seguridad el efecto de las altas temperaturas en esa sutil pero importante relación masa-tamaño, dijo Crumpler.
El estudio combina observaciones del Sloan Digital Sky Survey, que utiliza telescopios en Chile y Nuevo México, y la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea. Ambos proyectos mapean y rastrean continuamente millones de estrellas, galaxias y otros objetos cósmicos.
“La próxima frontera podría ser detectar diferencias muy sutiles en la composición química de los núcleos de enanas blancas de diferentes poblaciones”, dijo la profesora de astrofísica de Johns Hopkins, Nadia Zakamska, quien dirigió el estudio. “A diferencia de una estrella de neutrones o un agujero negro, no entendemos completamente la masa máxima que una estrella puede tener para formar una enana blanca. Estas mediciones cada vez más precisas pueden ayudarnos a probar y refinar estas y otras teorías poco comprendidas. Evolución estelar masiva proceso.”
Las observaciones podrían ayudar en los esfuerzos por identificar firmas de materia oscura, como axones u otras partículas hipotéticas, dijo Crumpler. Al proporcionar una imagen más detallada de la estructura de la enana blanca, el equipo puede utilizar estos datos para descubrir la firma de un modelo específico de materia oscura que da como resultado patrones de interferencia en nuestra galaxia. Si dos enanas blancas están en el mismo parche de interferencia de materia oscura, la materia oscura cambiará de manera similar la composición de estas estrellas, dijo Crumpler.
Aunque la materia oscura tiene gravedad, no emite luz ni energía que los telescopios puedan ver. Los científicos saben que constituye la mayor parte de la materia en el espacio porque su gravedad afecta a las estrellas, galaxias y otros objetos cósmicos de la misma manera que el Sol afecta la órbita de nuestro planeta.
“Hemos estado golpeándonos la cabeza contra la pared tratando de descubrir qué es la materia oscura, pero yo diría que tenemos a Jack Diddley en cuclillas”, dijo Crumpler. “Sabemos mucho sobre lo que no es la materia oscura, y tenemos limitaciones sobre lo que puede y no puede hacer, pero todavía no sabemos qué es. Por eso es tan importante comprender los objetos astronómicos simples como los blancos. estrellas enanas, porque son oscuras, ofrece la esperanza de descubrir qué puede ser la materia”.
Otros autores incluyen a Vedanta Chandra y Priyanka Chakraborty del Centro de Astrofísica. Harvard y Smithsonian; Gautham Adamane Pallathadka, Stephan Arseneau y Stephen P. de la Universidad Johns Hopkins. Schmidt; Nicola Gentil Fucillo de la Università degli Studi di Trieste; JJ Hermes de la Universidad de Boston; Carl Badenes de la Universidad de Pittsburgh; y Boris T. de la Universidad de Warwick. Gancic
Esta investigación fue apoyada por el Programa de becas de investigación para graduados de la Fundación Nacional de Ciencias con la subvención n.º 679DGE2139757, una beca Pierce en la Universidad de Harvard, un premio Johns Hopkins President’s Frontier y una subvención inicial del Instituto JHU de Ingeniería y Ciencias Intensivas en Datos, Johns Hopkins. Premio de Investigación de Posgrado del Provost, Alfred P. Fundación Sloan y la Fundación Huising-Simmons.
Los telescopios Sloan Digital Sky Survey están ubicados en el Observatorio Apache Point, financiado por el Consorcio de Investigación Astrofísica y operado por la Universidad Estatal de Nuevo México, y en el Observatorio Las Campanas, operado por el Instituto Carnegie para la Ciencia. La financiación para el Consorcio de Análisis de Procesamiento de Datos Gaia de la Agencia Espacial Europea la proporcionan las instituciones nacionales que participan en el Acuerdo Multilateral Gaia.