Una supernova extremadamente brillante puede romper el límite de Chandrasekhar

Las enanas blancas que se forman en campos magnéticos extremos podrían estabilizarse, permitiéndoles aumentar de tamaño antes de estallar, lo que las llevaría a una explosión más brillante cuando realmente sucede, de acuerdo con un equipo de investigación de India. Las supernovas de Tipo Ia, provocadas por la explosión de enanas blancas, a menudo son usadas por los astrónomos como “candelas estándar” para calcular la distancia a un punto del espacio, debido a que son extremadamente brillantes y tienen una luminosidad que, habitualmente, es similar. Pero se han observado ciertas supernovas de Tipo Ia con brillo anómalo, que los científicos no pudieron explicar, y este nuevo trabajo podría proporcionar una explicación para ellas.

Una enana blanca es una estrella que ha consumido todo su hidrógeno y helio, y es demasiado fría para quemar carbono. Por esta razón, ha colapsado en un estado de gran densidad. Sin fuente de energía, brilla solo debido al calor residual, y a lo largo de miles de millones de años seguirá enfriándose hasta convertirse en una enana negra, si permanece sin perturbaciones.

 

 Supernova de Tycho Crédito: Chandra

 

Límites a la evolución estelar

 

En 1935 el astrofísico indio Subrahmanyan Chandrasekhar, demostró que una estrella no formaría una enana blanca si su masa era mayor de 1,44 veces la masa del Sol, debido a que la temperatura del núcleo sería suficiente para iniciar la fusión de carbono. Si la masa de una estrella aumentaba más allá de este “límite de Chandrasekhar” de 1,44 masas solares después de haber colapsado para formar la enana blanca, la estrella menguaría aún más. La pérdida de energía potencial gravitatoria provoca un aumento de temperatura, y se inicia un proceso de fusión desbocada, creando una enorme explosión termonuclear que destroza la estrella en segundos.

Debido a que las supernovas de Tipo Ia casi siempre se forman mediante la explosión termonuclear de un objeto con, aproximadamente, la misma masa, casi siempre tienen el mismo brillo. Las observaciones de supernovas lejanas de Tipo Ia demostraron que la expansión del universo estaba acelerando, un descubrimiento que fue galardonado con el premio Nobel de Física en 2011. Sin embargo, recientemente ha habido un pequeño número de observaciones problemáticas de supernovas de Tipo Ia más cercanas, las cuales son anormalmente brillantes, y parecen haberse formado por la detonación de una enana blanca muy por encima del límite de Chandrasekhar. La ausencia de un modelo satisfactorio para cómo podrían producirse estas supernovas ha puesto en cuestión el uso de las supernovas de Tipo Ia como candelas estándar para observar galaxias lejanas.

Tamaño XL

En la nueva investigación, Upasana Das y Banibrata Mukhopadhyay del Instituto Indio de Ciencia, en Bangalore, sugieren que estas enanas blancas “super-Chandrasekhar” podrían aparecer en campos magnéticos muy potentes. Tales campos, según su razonamiento, podrían estabilizar una enana blanca de masa de hasta 2,58 masas solares mediante un proceso conocido como cuantización de Landau. Esto aumentaría la resistencia del remanente estelar al colapso gravitatorio, permitiéndole continuar acretando masa hasta que alcance un límite superior. En este punto detonaría con una fuerza mayor de la que sería posible en otro caso.

Pero, ¿cómo podría generarse tal campo? Das y sus colegas señalan que pueden detectarse campos magnéticos de 10⁷–10⁸ G en, aproximadamente, el 25% de las enanas blancas que acretan materia. Si colapsa una de dichas estrellas, el flujo magnético se conserva, aunque el radio se ve reducido drásticamente. Los campos magnéticos, por tanto, se vuelven órdenes de magnitud más potentes.

Mukhodpadhyay piensa ahora que el equipo debe centrarse en observar una muestra mayor de enanas blancas muy magnetizadas, con la esperanza de observar un pico en el campo cuando una colapse. “Empiezas observando una enana blanca con un campo de 10⁹ G”, dice Mukhopadhyay. “Posteriormente, debería pasar por una fase intermedia, en la que el campo aumenta a 10¹¹ G – una que aún no hemos observado”. Sin embargo, advierte que un incremento en el campo podría no ser detectable si dicho campo se produce debido a la materia en acreción sobre la enana blanca.

Un aumento impresionante

Mukhopadhyay cree que es demasiado pronto para decir si el modelo tiene implicaciones directas para la tasa de expansión del universo. No obstante, sí dijo a physicsworld.com que “la existencia de una enana blanca super-Chandrasekhar es un gran cambio de paradigma en nuestra comprensión de las enanas blancas, varios de los resultados relacionados tendrían que examinarse bajo esta luz”.

Jeffrey Silverman, astrofísico de la Universidad de Texas, en Austin, dice que el artículo presenta “un incremento bastante impresionante en la masa máxima para las enanas blancas, lo que, como señala, encaja con algunas de las últimas observaciones – o, al menos, nos acerca a ellas”. Sin embargo, es más escéptico respecto a las afirmaciones de los investigadores sobre el cambio de paradigma: “Hemos visto muy pocos de estos objetos super-Chandrasekhar. Son raros, prácticamente indistinguibles de las supernovas de Tipo Ia, mucho más comunes, que usamos en cosmología. Es muy improbable que nuestros cálculos de la historia del universo tengan muchos, si es que hay alguno, de estos objetos contaminándolos”.

La investigación se publica en la revista Physical Review Letters.

Fuente: Ciencia Kanija - physicsworld.com