Astrónomos “sorprendidos” por Strange Bilateral Star

inusual enano blanco Una estrella está formada por hidrógeno por un lado y helio por el otro.

Por primera vez en el caso de las enanas blancas, los astrónomos han descubierto que al menos un miembro de esta familia cósmica, los núcleos quemados de las estrellas muertas, tiene dos caras. Un lado de una enana blanca está hecho de hidrógeno y el otro está hecho de helio.

“La superficie de la enana blanca cambia completamente de un lado al otro”, dice la investigadora posdoctoral Ilaria Giazzo de Caltech, quien dirigió el nuevo estudio sobre los hallazgos de la revista. Naturaleza. “Cuando le muestro las observaciones a la gente, quedan impresionados”.

Las enanas blancas son los restos ardientes de estrellas que alguna vez fueron como nuestro Sol. A medida que las estrellas envejecen, se transforman en gigantes rojas; Eventualmente, su material exterior esponjoso se desprende y sus núcleos se encogen en enanas blancas densas y ardientes. Nuestro Sol se convertirá en una enana blanca en unos 5 mil millones de años.

Illaria Giazzo, becaria postdoctoral asociada de investigación en astronomía, explica cómo su equipo usó el ZTF para crear una enana blanca de “dos caras” muy inusual: helio en un lado e hidrógeno en el otro. Crédito: Caltech

La enana blanca recién descubierta, apodada Janus por el dios romano de transición de dos caras, fue descubierta inicialmente por Zwicky Transient Facility (ZTF), un instrumento que escanea el cielo todas las noches desde el Observatorio Palomar de Caltech cerca de San Diego. ZTF buscaba enanas blancas altamente magnetizadas, como un objeto conocido como J1901+1458. Un objeto candidato se destacó por sus rápidos cambios de brillo, por lo que Caiazzo decidió investigar más a fondo. Quimera Herramienta en Palomar, también hipercom en Gran Telescopio Canarias en las Islas Canarias, España. Esos datos confirmaron que Janus gira sobre su eje cada 15 minutos.

Las observaciones de seguimiento con el Observatorio WM Keck en Mauna Kea, Hawái, revelaron la espectacular naturaleza de dos caras de la enana blanca. El equipo usó un instrumento llamado espectrómetro para difundir la luz de la enana blanca a través de un arco iris de longitudes de onda que llevan huellas químicas. Los datos revelaron la presencia de hidrógeno cuando un lado del objeto estaba a la vista (sin signos de helio), y solo helio cuando el otro lado estaba a la vista.

El concepto de este artista muestra una enana blanca de dos caras apodada Janus. La ceniza muerta azul de una estrella que alguna vez fue una estrella como nuestro Sol está compuesta principalmente de hidrógeno en un lado y helio en el otro (el lado del hidrógeno parece más brillante). La extraña doble cara de esta enana blanca puede deberse a la interacción de campos magnéticos y convección o mezcla de materia. En el lado del helio, que aparece como una burbuja, la convección destruyó la fina capa de hidrógeno en la superficie, haciendo descender el helio. Crédito: k Molinero, Caltech/IPAC

¿Por qué una enana blanca que flota sola en el espacio tiene tantas caras diferentes? El equipo admite que están confundidos, pero han llegado a algunas teorías posibles. Una idea es que estamos viendo a Janus pasar por una rara fase de evolución de enana blanca.

“No todas, pero algunas enanas blancas tienen superficies dominadas por hidrógeno en lugar de helio”, explica Giazzo. “Es posible que hayamos atrapado a una enana blanca en acción”.

Después de que se forman las enanas blancas, sus elementos más pesados ​​se hunden en sus núcleos y sus elementos más ligeros (siendo el hidrógeno el más ligero de todos) flotan hacia la parte superior. Pero con el tiempo, a medida que las enanas blancas se enfrían, se cree que los materiales se mezclan. En algunos casos, el hidrógeno se mezcla en el interior y el helio se diluye para volverse más difuso. Janus puede encarnar esta fase de transición, pero una pregunta apremiante es: ¿Por qué ocurre la transición de una manera tan irónica, con un lado evolucionando antes que el otro?

Según el equipo científico, la respuesta puede estar en los campos magnéticos.

Los científicos teorizan que los campos magnéticos pueden explicar la apariencia inusual de dos caras de la enana blanca, apodada Janus. Un lado de la superficie de una estrella muerta está compuesto principalmente de hidrógeno, mientras que el otro lado es helio, como se ve en la animación de este artista. Los campos magnéticos asimétricos (vistos como líneas en bucle) pueden haber afectado la composición de la materia en la enana blanca causando su distribución desigual. La rotación de la enana blanca se acelera en esta animación; Normalmente, gira sobre su eje cada 15 minutos. Janus está a unos 1.300 años luz de distancia en la constelación de Cygnus. Crédito: k Molinero, Caltech/IPAC

“Los campos magnéticos alrededor de los cuerpos cósmicos son asimétricos o fuertes en un lado”, explica Giazzo. “Los campos magnéticos pueden evitar que los materiales se mezclen. Entonces, si el campo magnético es más fuerte en un lado, ese lado se mezclará menos y tendrá más hidrógeno.

Otra teoría propuesta por el equipo para explicar las dos caras depende de los campos magnéticos. Pero en este escenario, se cree que los campos cambian la presión y la densidad de los gases atmosféricos.

“Los campos magnéticos conducen a presiones de gas más bajas en la atmósfera, y esto puede permitir que se forme un ‘mar’ de hidrógeno donde los campos magnéticos son más fuertes”, dice James Fuller, profesor de astrofísica teórica en Caltech. “No sabemos cuál de estas teorías es correcta, pero no podemos pensar en ninguna otra forma de explicar los lados asimétricos sin campos magnéticos”.

El equipo espera encontrar enanas blancas similares a Janus con el estudio del cielo de ZTF para ayudar a resolver el misterio. “ZTF es muy bueno para encontrar objetos extraños”, dice Giazzo. Vera C. en Chile. Los estudios futuros del laboratorio de Rubin deberían facilitar aún más la búsqueda de enanas blancas variables, dice.

Referencia: “Una enana blanca giratoria muestra diferentes estructuras en sus caras opuestas” Ilaria Giazzo, Kevin P. Burdge, Pierre-Emmanuel Tremblay, James Fuller, Lilia Ferrario, Boris D. Consicke, J.J. Hermes, Jeremy Hale, Adela Gavka, Thomas R. Kulkarni, Thomas R. Kulkarni. Richer, Antonio C. Rodríguez, John Van Rostel, Zachary B. Vanderbosch, Stephen Wennes, Dayal Wickramasinghe, Vikram S. Dillon, Stuart B. Littlefair, James Munday, Ingrid Bellisoli, Daniel Perley, Ridin Perley, Eric C. Breitken, Elmex Pruitt, Margaret J. Dyer, Mateo J. GrahamMatthew J. Verde, Russ R. Lahr, Paul Kerry, Steven G. ParsonsReid L. Riddle, Ben Rusholm y Dave I. Sahmán, 19 de julio de 2023, Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-023-06171-9

La investigación fue financiada por el Instituto Walter Burke de Física Teórica de Caltech, el Consejo Europeo de Investigación, The Leverhulme Trust y el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido.

Observaciones de NASAEl Observatorio Swift de Niels Gehrels, renombrado en honor a Gehrels, un alumno de Caltech (PhD ’82) que falleció en 2017, se utilizó en el estudio para reducir la temperatura del objeto a 35,000 Kelvin (aproximadamente 35,000 grados). Celsius)

El ZTF de Caltech está financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y una colaboración internacional de socios. El apoyo adicional proviene de la Fundación Heising-Simons y Caltech. Los datos ZTF son procesados ​​y archivados por IPAC, el Centro de Datos y Ciencias Astronómicas de Caltech. La NASA apoya la búsqueda del ZTF de objetos cercanos a la Tierra a través del programa Observatorio de Objetos Cercanos a la Tierra.