Un estudio de más de 26.000 estrellas enanas blancas ha confirmado un efecto misterioso pero predicho desde hace mucho tiempo entre estas estrellas muy densas y moribundas: las enanas blancas calientes son ligeramente más hinchadas que las estrellas frías, incluso cuando su masa es la misma.
Los hallazgos acercan a los científicos un paso más al uso de estos objetos interestelares como laboratorios naturales para investigar los efectos de la gravedad extrema y buscar partículas exóticas de materia oscura. Los detalles sobre la investigación, dirigida por la Universidad Johns Hopkins, se publican en dio La revista astrofísica.
“Las enanas blancas son una de las estrellas mejor caracterizadas con las que podemos trabajar para probar las ideas básicas de la física común y corriente, con la esperanza de encontrar algo que apunte a una nueva física fundamental que podamos hacer”, Nicole Crumpler. dicho. Astrofísico de la Universidad Johns Hopkins que dirigió el trabajo. “Si quieres buscar materia oscura, gravedad cuántica u otras cosas exóticas, es mejor que comprendas la física normal. De lo contrario, algo que parezca novedoso puede ser simplemente una nueva manifestación de ese efecto. Tal vez ya lo sepamos”.
Las enanas blancas son los núcleos de estrellas que alguna vez fueron como nuestro Sol pero que han agotado todo el hidrógeno utilizado como combustible nuclear. Estas estrellas dispersas son tan densas que una cucharada de su material pesa más de una tonelada, mucho más que la materia normal. Con esta masa tan apretada, su gravedad puede ser cientos de veces más fuerte que la de la Tierra.
La investigación se basó en medir cómo estas condiciones extremas afectaban a las ondas de luz emitidas por las enanas blancas. La luz que se aleja de objetos tan masivos pierde energía en el proceso de escapar de su gravedad y se vuelve progresivamente más roja. Este efecto de “desplazamiento al rojo” hace que las ondas de luz se estiren como goma, lo que los telescopios pueden medir. Este es el resultado de la deformación del espacio-tiempo debido a la gravedad extrema, como predijo la teoría de la relatividad general de Einstein.
Al promediar los movimientos 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 qué tan calientes están sus capas exteriores gaseosas afectan el volumen de.
La investigación continúa los esfuerzos del mismo grupo de Johns Hopkins. Su estudio de 3.000 enanas blancas en 2020 confirmó que las estrellas se encogen a medida que ganan masa debido a la “presión de degeneración electrónica”, un proceso mecánico cuántico que comprime sus densos núcleos durante miles de millones de años de forma estable sin la necesidad de fusión nuclear, que normalmente sostiene a nuestro sol. y sol. Otros tipos de estrellas Hasta ahora, el equipo no tenía datos suficientes para confirmar con seguridad el efecto sutil, pero significativo, de las altas temperaturas en esta relación de masas, 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 Nadia Zakamska, profesora de astrofísica de Johns Hopkins, quien dirigió la investigación. “No entendemos completamente qué tan masiva debe ser una estrella para convertirse en una enana blanca, en comparación con una estrella de neutrones o un agujero negro. Estas mediciones cada vez más precisas nos dicen que pueden ayudar a probar y refinar teorías y otras teorías poco comprendidas. sobre procesos a gran escala en la evolución estelar”.
Crumpler dijo que las observaciones también podrían ayudar a los esfuerzos por encontrar firmas de materia oscura, como axones u otras partículas hipotéticas. Al proporcionar una imagen más detallada de la estructura de la enana blanca, el equipo puede utilizar los datos para descubrir la firma de un modelo particular de materia oscura que forma el patrón de interferencia en nuestra galaxia. Si dos enanas blancas están dentro del mismo parche de interferencia de materia oscura, la materia oscura cambiará la composición de esas estrellas en consecuencia, dijo Crumpler.
Aunque la materia oscura tiene gravedad, no emite luz ni energía que pueda verse con telescopios. 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 Dudley 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 las galaxias simples como las estrellas enanas blancas. Comprender los objetos físicos es “Es muy importante porque tienen la esperanza de descubrir qué podría ser la materia oscura”.
Otros autores incluyen a Vedanta Chandra y Priyanka Chakraborty del Centro de Astrofísica. Harvard y Smithsonian; Gotham Edmane Palthadka, Stephen Arsenault y Stephen P. Schmidt de la Universidad Johns Hopkins; Nicola Gentile Fusillo de la Università degli Studi di Trieste; JJ Hermes de la Universidad de Boston; Carls Badens de la Universidad de Pittsburgh; y Boris T. Ganske de la Universidad de Warwick.
Esta investigación fue apoyada por el Programa de becas de investigación para graduados de la Fundación Nacional de Ciencias bajo la subvención n.° 679DGE2139757, una beca de la Universidad de Harvard en París, un premio Johns Hopkins President’s Frontier, una subvención insignia del Instituto JHU de Ingeniería y Ciencia con uso intensivo de datos, Johns Hopkins. Premio de Investigación de Pregrado del Provost, Alfred P. Fundación Sloan y la Fundación Hazing-Simon.
Los telescopios Sloan Digital Sky Survey están ubicados en el Observatorio Apache Point, financiado por el Consorcio de Investigación Astrofísica y la Universidad Estatal de Nuevo México, y en el Observatorio Las Campanas, administrado 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.
