El Hubble descubre las huellas de una colisión estelar excepcional

Una enana blanca situada a 130 años luz de la Tierra esconde un secreto extraordinario. Lo que parecía ser una estrella muerta convencional resulta ser, en realidad, el producto de una colisión estelar ocurrida hace miles de millones de años.

Este descubrimiento, realizado por astrónomos de la Universidad de Warwick utilizando el telescopio espacial Hubble, abre una ventana única para comprender uno de los fenómenos más violentos del universo: la fusión de estrellas.

Los resultados, publicados en la revista Nature Astronomy, suponen un avance significativo en el estudio de la evolución estelar y podrían ayudar a explicar algunos de los misterios más profundos del cosmos, incluidos los precursores de las explosiones de supernovas.

Un detective cósmico llamado Hubble

WD 0525+526, nombre que recibe esta enana blanca, pesó inicialmente como una estrella ordinaria pero extraordinariamente masiva para su clase: un 20% más pesada que nuestro Sol, a pesar de tener el tamaño de la Tierra.

Esta característica ya era intrigante para los astrónomos, pero las observaciones en luz visible no revelaban nada fuera de lo común.

La clave del misterio llegó cuando el equipo dirigido por la doctora Snehalata Sahu analizó los datos ultravioleta obtenidos por el Hubble.

En estos datos encontraron pequeñas cantidades de carbono procedente del núcleo de la estrella que habían logrado filtrarse hasta su atmósfera rica en hidrógeno, una señal inequívoca de que algo extraordinario había ocurrido en el pasado de este objeto.

"En luz óptica, la luz que podemos ver con nuestros ojos, WD 0525+526 parece una enana blanca pesada pero por lo demás ordinaria", explicó Sahu en la nota de prensa de la universidad.

"Sin embargo, a través de las observaciones ultravioleta obtenidas con el Hubble, pudimos detectar débiles señales de carbono que no eran visibles para los telescopios ópticos", añade.

Cómo son las enanas blancas

Para comprender la importancia de este hallazgo, es necesario entender qué son las enanas blancas. Se trata de los núcleos densos que quedan cuando las estrellas agotan su combustible nuclear y colapsan.

Son brasas estelares del tamaño de la Tierra pero con una masa que puede alcanzar la mitad de la de nuestro Sol, compuestas principalmente por carbono y oxígeno en su núcleo, rodeadas por capas superficiales de helio e hidrógeno.

Aunque las enanas blancas son comunes en el universo, aquellas con masas excepcionalmente altas (que pesan más que el Sol) son raras y enigmáticas. La pregunta que ha intrigado a los astrónomos durante décadas es cómo pueden formarse estas estrellas ultra-masivas.

Tradicionalmente se pensaba que una enana blanca así podría formarse a partir del colapso de una estrella muy masiva.

Sin embargo, los datos ultravioleta del Hubble revelaron que WD 0525+526 tenía pequeñas cantidades de carbono surgiendo de su núcleo hacia su atmósfera rica en hidrógeno, sugiriendo que esta enana blanca no se originó a partir de una sola estrella masiva.

La firma química de una colisión

El carbono detectado en la atmósfera de WD 0525+526 actúa como una firma química que delata su violento pasado.

En condiciones normales, el hidrógeno y el helio forman una barrera gruesa alrededor del núcleo de carbono-oxígeno de una enana blanca, manteniendo elementos como el carbono ocultos en las profundidades.

Pero cuando dos estrellas se fusionan, el proceso es tan violento que las capas de hidrógeno y helio pueden quemarse casi por completo durante la colisión.

El resultado es una sola estrella con una envoltura extremadamente delgada que ya no puede impedir que el carbono alcance la superficie.

Antoine Bédard, investigador de Warwick y coautor del estudio, explicó las dimensiones de este fenómeno: "Medimos que las capas de hidrógeno y helio son diez mil millones de veces más delgadas que en las enanas blancas típicas. Creemos que estas capas fueron despojadas en la fusión, y esto es lo que ahora permite que el carbono aparezca en la superficie".

Un remanente único en su clase

Lo que hace aún más especial a WD 0525+526 es su estado evolutivo. Este remanente también es inusual: tiene unas 100.000 veces menos carbono en su superficie comparado con otros remanentes de fusiones.

El bajo nivel de carbono, junto con la alta temperatura de la estrella (casi cuatro veces más caliente que el Sol), nos dice que WD 0525+526 está mucho antes en su evolución post-fusión que aquellos encontrados previamente.

Esta característica convierte al objeto en una ventana temporal hacia las primeras etapas después de una fusión estelar, un período que los astrónomos habían teorizado pero nunca observado directamente.

Un proceso físico nunca antes visto

El misterio se profundizó cuando los investigadores trataron de explicar cómo el carbono podía llegar a la superficie de una estrella tan caliente.

En otras enanas blancas que son remanentes de fusiones, pero más frías y evolucionadas, la convección transporta el carbono hacia arriba. Pero WD 0525+526 está demasiado caliente para ese proceso.

En su lugar, el equipo identificó una forma más sutil de mezcla llamada semiconvección, vista aquí por primera vez en una enana blanca.

La semiconvección es un proceso físico que permite que pequeñas cantidades de carbono suban lentamente hacia la atmósfera rica en hidrógeno de la estrella.

Es un mecanismo mucho más débil que la convección normal, pero suficiente para transportar trazas detectables de carbono hasta donde el Hubble puede observarlas.

El papel del Hubble

El papel del Hubble fue crucial para este descubrimiento.

Como la atmósfera de la Tierra bloquea la luz ultravioleta, estas observaciones deben realizarse desde el espacio, y actualmente solo el Hubble puede hacer este trabajo, señaló Boris Gänsicke, profesor del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, que obtuvo los datos del Hubble para este estudio.

Esta dependencia de las observaciones ultravioleta explica por qué este tipo de descubrimientos ha sido tan escaso.

Encontrar evidencia clara de fusiones en enanas blancas individuales es raro, pero la espectroscopía ultravioleta nos da la capacidad de detectar estas señales temprano, cuando el carbono aún es invisible en longitudes de onda ópticas.

La importancia de estas observaciones espaciales se hace aún más evidente cuando consideramos que puede haber muchos más remanentes de fusiones como este haciéndose pasar por enanas blancas comunes de atmósfera de hidrógeno puro. Solo las observaciones ultravioleta serían capaces de revelárnoslos.

Implicaciones para la astronomía moderna

Este descubrimiento tiene ramificaciones que van mucho más allá del estudio de una sola estrella.

Las fusiones estelares son uno de los canales propuestos para la formación de supernovas de tipo Ia, explosiones que los astrónomos utilizan como velas estándar para medir distancias en el universo y que fueron clave para descubrir la expansión acelerada del cosmos.

Este descubrimiento ayuda a construir una mejor comprensión del destino de los sistemas de estrellas binarias, algo crítico para fenómenos relacionados como las explosiones de supernovas, indicó Bédard.

Además, el hallazgo sugiere que estos eventos de fusión pueden ser más comunes de lo que se pensaba anteriormente.

Si las observaciones ultravioleta pueden revelar remanentes de fusiones que permanecen ocultos en luz visible, esto podría significar que una fracción significativa de las enanas blancas ultra-masivas son productos de colisiones estelares.

Un vistazo al futuro de WD 0525+526

A medida que WD 0525+526 continúa evolucionando y enfriándose, se espera que emerja más carbono en su superficie con el tiempo.

En varios miles de millones de años, cuando la estrella se haya enfriado lo suficiente, desarrollará convección eficiente en su envoltura externa, mezclando completamente la delgada capa de hidrógeno y trayendo cantidades considerables de carbono de vuelta a la superficie.

En ese momento, WD 0525+526 se transformará en lo que los astrónomos clasifican como una enana blanca de tipo DQ, similar a las seis que ya se conocían antes de este descubrimiento, pero que son mucho más frías y están en una etapa evolutiva posterior.

La ventana ultravioleta: una herramienta irreemplazable

El éxito de este proyecto subraya la importancia crítica de las capacidades de observación ultravioleta para la astronomía moderna. El Hubble acaba de cumplir 35 años y, aunque sigue funcionando con fuerza, es muy importante que comencemos a planificar un nuevo telescopio espacial que eventualmente lo reemplace, advirtió Gänsicke.

Esta preocupación es particularmente relevante dado que el estudio destaca que solo la espectroscopía UV puede ser capaz de identificar remanentes de fusiones DAQ más calientes, mejorando así nuestra comprensión de este importante canal de evolución binaria.

Un hallazgo que reescribe la historia estelar

El descubrimiento de WD 0525+526 como remanente de fusión abre una ventana hacia procesos físicos extremos que moldean la evolución del universo y una demostración de cómo las nuevas tecnologías de observación pueden revelar secretos ocultos durante miles de millones de años.

Por ahora, su resplandor ultravioleta ofrece una visión rara de la etapa más temprana de las secuelas de una fusión estelar, y un nuevo punto de referencia para cómo las estrellas binarias terminan sus vidas.

Este trabajo enriquece nuestro conocimiento sobre la evolución estelar y proporciona herramientas para identificar y caracterizar otros remanentes de fusiones que pueden estar escondidos a plena vista, esperando ser descubiertos por las observaciones ultravioleta del Hubble y, en el futuro, por sus sucesores.

La historia de WD 0525+526 nos recuerda que el universo está lleno de secretos esperando ser descubiertos, y que a menudo las revelaciones más extraordinarias provienen de mirar el cosmos con nuevos ojos, o en este caso, con nuevas longitudes de onda de luz.