Diez ballenas de acreción en enanas blancas

Título:  Solar Abundances of Rock Forming Elements, Extreme Oxygen and Hydrogen in a Young Polluted White Dwarf
Autores:  J. Farihi, D. Koester, B. Zuckerman, et al.
Institución del primer autor: Dept. of Physics and Astronomy, University College London, UK.
Estatus: A ser publicado en MNRAS.
Astrobite original: Ten Whales’ Worth of White Dwarf Accretion

¿Cuándo fue que los científicos midieron la primera evidencia de la existencia de exoplanetas? Si usted ha dicho 1917, ¡usted está (posiblemente) en lo correcto! En 1917, un hombre llamado Walter Adams registró un espectro de la estrella de Van Maanen. La misma resultó ser una “enana blanca contaminada”: una enana blanca cuya atmósfera, relativamente inusual en una enana blanca, muestra trazas de elementos más pesados que el helio. En aquel momento, se conocía muy poco acerca de las enanas blancas – de hecho, el término “enana blanca” no fue acuñado hasta cinco años después – por lo que no se dieron cuenta del significado de esto. Hoy, sin embargo, se sabe que este material en la atmósfera de la enana blanca no puede ser nativo – que es evidencia de que un objeto rocoso (un planeta o asteroide) se rompió y cayó sobre la superficie de la enana blanca.

El razonamiento es el siguiente: en comparación con las estrellas de secuencia principal, las enanas blancas son relativamente simples. No tienen fusión para mezclar sus elementos, por lo que éstos rápidamente se estratifican en peso, con elementos pesados hundidos hacia el centro, mientras que los elementos más ligeros (hidrógeno y helio) flotan en la parte superior. Sólo podemos ver los elementos que se encuentran cerca de la superficie. En otras palabras, no se esperan ver elementos pesados en las enanas blancas que han alcanzado el equilibrio. Las enanas blancas contaminadas, como la estrella de van Maanen, tienen la edad suficiente para haber alcanzado dicho equilibrio, pero muestran estos elementos pesados; por lo tanto, este material debe de haber caído sobre la superficie de la enana blanca ya formada. La explicación es que este material proviene de un exoplaneta que, hasta hace poco, orbitaba la enana blanca. Cuando el planeta se desplazó demasiado cerca, la gravedad de la enana blanca lo desgarró. Sólo queda una nube de escombros que pueden caer sobre la superficie de la estrella y así proveer los elementos pesados que observamos.

Es importante destacar que, a pesar de haber sido postulado hace bastante tiempo, el proceso era sólo una teoría hasta el año pasado: cuando un sistema se descubrió en el que pudieron observar objetos rocosos desintegrándose.

La enana blanca de hoy

En el artículo de hoy, Jay Farihi y su equipo presentan las conclusiones acerca de un ejemplo notable de estas enanas blancas contaminadas, una estrella llamada WD1536+520. Los investigadores generaron espectros de modelo con diferentes cantidades de cada elemento pesado y los compararon con los espectros medidos de WD1536+520, así lograron medir la cantidad de cada elemento que se encuentra en la atmósfera de la enana blanca. Esto les permite estimar la composición del objeto que se acretó. Midieron 11 elementos pesados y encontraron que la mayoría de las cantidades relativas son aquellas de un objeto con una composición similar a la de la Tierra (ver la figura 1). También encontraron una cantidad inusualmente alta de hidrógeno -para una enana blanca dominada por helio, lo cual sugiere que pudo haberse originado como agua en el objeto de acreción.

Figura 1: Cantidades medidas de carbono, oxígeno, azufre, fósforo, cromo, magnesio, hierro, calcio, titanio y aluminio; con relación a la cantidad de silicio. Para dos casos donde se asume que la acreción acaba de comenzar o que ha pasado tiempo suficiente para llegar a un equilibrio. Estos se muestran en relación con la composición de la Tierra, de modo que 1 = la misma cantidad que tiene la Tierra. Las flechas hacia abajo representan los límites superiores.

También estiman que el material que cae en la estrella está cayendo a 4200 toneladas métricas por segundo, ésta es la mayor tasa de “contaminación” encontrada en cualquier enana blanca contaminada conocida. Nuestro compañero de ‘Astrobites’, Matthew Greene, asistió a una conferencia reciente donde Jay Farihi presentó una enana blanca en el otro extremo de la escala. La misma es una estrella en la que la materia cae a 0.25 kg por segundo, lo cual comparó con “un cuarto de pollo”. Por una métrica similar, la estrella de hoy crece aproximadamente a “diez ballenas” por segundo.

El presupuesto de oxígeno
Puede ser útil comparar la cantidad de oxígeno a la cantidad de otros elementos. El oxígeno se raramente se encuentra en su forma molecular (O₂), por lo que el oxígeno que vemos en la enana blanca provino, casi en su totalidad, de óxidos metálicos (esencialmente de óxido). En la corteza terrestre, la mayor parte del metal también se encuentra en forma de óxido. Si asumimos que todos los metales que vemos provienen de óxidos, podemos calcular un “presupuesto de oxígeno” teórico que luego se puede comparar con la cantidad real de oxígeno detectada. Los autores de hoy hicieron esto y encontraron que el sistema contiene menos oxígeno que el “presupuesto de oxígeno”. La mejor explicación es que algo de metal, probablemente hierro, existía como un metal puro en lugar de un óxido en el planeta de origen. En la Tierra, la mayoría del hierro puro se encuentra en el núcleo del planeta, así que esto podría ser una evidencia de que el planeta desintegrado tenía un núcleo de hierro, como el nuestro.
El método utilizado en el artículo de hoy es una de las pocas formas de medir las composiciones de exoplanetas que conocemos; y el artículo de Farihi es sólo el último de una serie de tales mediciones para diferentes sistemas de enanas blancas. Cada nuevo estudio aporta otro punto de datos para el estudio de las composiciones de exoplanetas y de seguro viene mucha ciencia de la mano. ¡Sigan atentos!