Hace unos cincuenta años, los astrónomos predijeron cuál será el destino final de nuestro Sol. Según la teoría, el Sol agotará su combustible de hidrógeno miles de millones de años a partir de ahora y se expandirá para convertirse en un Gigante Rojo, seguido de la eliminación de sus capas externas y convertirse en una enana blanca. Después de unos pocos miles de millones de años más de enfriamiento, el interior se cristalizará y se volverá sólido.
Hasta hace poco, los astrónomos tenían poca evidencia para respaldar esta teoría. Pero gracias a la ESA Observatorio Gaia, los astrónomos ahora pueden observar cientos de miles de estrellas enanas blancas con inmensa precisión, midiendo su distancia, brillo y color. Esto a su vez les ha permitido estudiar lo que le depara el futuro a nuestro Sol cuando ya no es la estrella amarilla cálida que conocemos y amamos hoy.
El estudio que describe estos hallazgos apareció recientemente en la revista. Naturaleza bajo el título "Cristalización del núcleo y acumulación en la secuencia de enfriamiento de las enanas blancas en evolución". El estudio fue dirigido por Pier-Emmanuel Tremblay, profesor asistente de la Universidad de Warwick, e incluyó a varios investigadores del grupo de Astronomía y Astrofísica de Warwick, la Universidad de Montreal y la Universidad de Carolina del Norte.
Cuando se trata de la evolución estelar, décadas de observaciones combinadas con modelos teóricos han permitido a los astrónomos concluir qué pasará con una estrella en función de su clasificación. Mientras que las estrellas más grandes (como los supergigantes azules) eventualmente se convierten en supernova y se convierten en estrellas de neutrones o agujeros negros, las estrellas más pequeñas como nuestro Sol arrojarán sus capas externas para convertirse en nebulosas planetarias, y finalmente concluirán su ciclo de vida como una enana blanca.
Estas estrellas ultradensas continúan emitiendo radiación a medida que se enfrían, un proceso que dura miles de millones de años. Eventualmente, sus interiores serán lo suficientemente fríos (aproximadamente 10 millones de ° C) que la presión extrema ejercida sobre sus núcleos hará que el material se cristalice y se vuelva sólido. Se estima que este será el destino de hasta el 97% de las estrellas en la Vía Láctea, mientras que el resto se convertirá en estrellas de neutrones o agujeros negros.
Dado que las enanas blancas se encuentran entre las estrellas más antiguas del Universo, son increíblemente útiles para los astrónomos. Dado que su ciclo de vida es predecible, se usan como "relojes cósmicos" para estimar la edad de grupos de estrellas vecinas con un alto grado de precisión. Pero determinar qué les sucede a las enanas blancas hacia el final de su ciclo de vida ha sido un desafío.
Anteriormente, los astrónomos tenían limitaciones en cuanto a la cantidad de enanas blancas que podían estudiar. Todo eso cambió con el despliegue de Gaia, un observatorio espacial que ha pasado los últimos años midiendo con precisión las posiciones, distancias y movimientos de las estrellas con el fin de crear el catálogo espacial en 3D más detallado jamás creado.
Como Pier-Emmanuel Tremblay, un becario inicial de ERC *, indicó en un reciente comunicado de prensa de la ESA:
“Anteriormente, teníamos distancias para solo unos pocos cientos de enanas blancas y muchas de ellas estaban en grupos, donde todas tienen la misma edad. Con Gaia ahora tenemos la distancia, el brillo y el color de cientos de miles de enanas blancas para una muestra considerable en el disco exterior de la Vía Láctea, que abarca un rango de masas iniciales y todo tipo de edades ".
Para su estudio, los astrónomos utilizaron los datos de Gaia para analizar más de 15 000 candidatos remanentes estelares dentro de los 300 años luz de la Tierra. A partir de esta muestra, pudieron identificar un exceso en el número de estrellas (también conocido como un montón) que tenían colores y luminosidades específicos que no correspondían a una sola masa o edad.
Esta acumulación, una vez comparada con los modelos evolutivos de las estrellas, parecía coincidir con la etapa de desarrollo donde las estrellas pierden calor en grandes cantidades. Este proceso ralentiza el proceso de enfriamiento natural y hace que las estrellas muertas dejen de atenuarse, lo que hace que aparezcan hasta 2 mil millones de años más jóvenes de lo que realmente son.
"Esta es la primera evidencia directa de que las enanas blancas cristalizan o pasan de líquido a sólido", explicó Tremblay en un comunicado de prensa de Warwick. "Se predijo hace cincuenta años que deberíamos observar una acumulación en la cantidad de enanas blancas a ciertas luminosidades y colores debido a la cristalización y solo ahora esto se ha observado".
Este patrón, donde la luminosidad no está relacionada con la edad, fue una de las predicciones clave sobre la cristalización de las enanas blancas hace 50 años. Ahora que los astrónomos tienen evidencia directa de este proceso en el trabajo, es probable que afecte nuestra comprensión de en qué agrupaciones estelares deberían incluirse las enanas blancas.
"Las enanas blancas se usan tradicionalmente para la datación por edades de poblaciones estelares, como los cúmulos de estrellas, el disco exterior y el halo en nuestra Vía Láctea", dijo Tremblay. "Ahora tendremos que desarrollar mejores modelos de cristalización para obtener estimaciones más precisas de las edades de estos sistemas".
Por ejemplo, si bien todas las enanas blancas se cristalizarán en algún momento de su evolución, el tiempo que toma varía según la estrella. Las enanas blancas más masivas se enfrían más rápidamente y alcanzan la temperatura a la que se produce la cristalización antes (en aproximadamente mil millones de años). Las enanas blancas más pequeñas, que es en lo que se convertirá nuestro Sol, pueden requerir hasta seis mil millones de años para hacer la misma transición.
"Esto significa que miles de millones de enanas blancas en nuestra galaxia ya han completado el proceso y son esencialmente esferas de cristal en el cielo", dijo Tremblay. Mientras tanto, se puede esperar que nuestro Sol experimente esta transición en unos diez mil millones de años. En ese punto, nuestro Sol habrá salido de su fase de Rama Gigante Roja, se habrá convertido en una enana blanca y comenzará el proceso de cristalización.
Esta es solo la última revelación que viene de Gaia misión, que ha pasado los últimos cinco años catalogando objetos celestes en la Vía Láctea y las galaxias vecinas. Antes de que termine la misión (se espera que suceda para 2022), se programan dos lanzamientos de datos más, con el lanzamiento de DR3 programado para 2021 y el lanzamiento final aún por determinar.
* La investigación fue posible gracias a la financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC).
