Miles de bolas de cristal en el cielo

0
38

Las estrellas enanas blancas son remanentes fantasmales de estrellas similares al Sol después de haber agotado el suministro necesario de combustible de fusión nuclear, y han perecido con relativa paz y gran belleza. Estos fantasmas estelares están rodeados por un resplandor brillante multicolor de gases resplandecientes que una vez fueron las capas externas de la estrella progenitora ahora muerta. De hecho, estos gases brillantes multicolores, llamados nebulosas planetarias, son tan hermosos que los astrónomos a menudo se refieren a ellos como las “mariposas del Universo”. El núcleo de la estrella progenitora se convierte en la enana blanca.

Por lo general, una enana blanca se enfría a lo largo de mil millones de años más o menos, convirtiéndose en una reliquia estelar aún hipotética llamada enana negra que no emite luz ni calor, y eso es invisible. A pesar de que nuestro Sol está condenado a convertirse en uno de estos fantasmas estelares extraños cuando llega al final de ese largo camino estelar, los astrónomos deben resolver muchos misterios persistentes que aún existen con respecto a estos habitantes débiles del zoológico estelar. En enero de 2019, los astrónomos de la Universidad de Warwick en el Reino Unido anunciaron que habían encontrado la primera evidencia directa de estos restos estelares magros que se solidificaban en cristales.

En aproximadamente 10 mil millones de años, nuestro propio Sol está destinado a convertirse en uno de estos cristales en el cielo. Nuestra estrella, cuando llegue a esta etapa, como todas las demás estrellas muertas de su tipo, contendrá un núcleo de cristal de oxígeno metálico y carbono. Las enanas blancas más antiguas tienen casi la misma edad que nuestra antigua galaxia, la Vía Láctea, y probablemente están casi completamente compuestas de cristal. El equipo de astrónomos de la Universidad de Warwick propone que nuestros cielos estén literalmente llenos de estas estrellas de cristal.

Las observaciones han demostrado que los núcleos de las estrellas enanas blancas están compuestos de oxígeno sólido y carbono, como resultado de una transición de fase que ocurre durante su ciclo de vida. Esta transición de fase es similar a la forma en que el agua se convierte en hielo, solo que se produce a temperaturas mucho más altas. Esta transición podría hacer que estos fantasmas estelares potencialmente billones de años más viejos de lo que se creía anteriormente.

Los fantasmas de pequeñas estrellas muertas

Una estrella enana blanca típica es aproximadamente 50% tan masiva como nuestro Sol, pero es solo un poco más grande que la Tierra. De hecho, una estrella enana blanca es aproximadamente 200,000 veces más densa que la Tierra. Esto hace de estos fantasmas estelares una de las colecciones más densas de materia en el Cosmos, en segundo lugar solamente a las estrellas de neutrones. Las estrellas de neutrones son las reliquias de estrellas masivas que se han convertido en supernova. Una cucharadita llena de material de estrella de neutrones puede pesar tanto como un trasatlántico.

Debido a que las estrellas enanas blancas son los restos de pequeñas estrellas “muertas” que originalmente eran como nuestro Sol, carecen de la capacidad de crear presión de radiación interna, lo que significa que ya no pueden crear energía mediante el proceso de fusión nuclear . Todas las estrellas, independientemente de su tamaño y masa, son realmente bolas inmunes de principalmente gas hidrógeno. Desde el momento en que nace una estrella, hasta que finalmente “muere”, debe crear una presión interna mediante la fusión de elementos atómicos cada vez más pesados ​​y más pesados (nucleosíntesis estelar) , para contrarrestar el poderoso e implacable apretón de su propia gravedad La presión de radiación y la gravedad deben mantener un delicado equilibrio a lo largo de toda la “vida” de fusión nuclear de una estrella, manteniendo así a la estrella en movimiento. Durante la batalla entre estos dos antiguos competidores, la presión empuja todo y se aleja de la estrella, mientras que la gravedad intenta despiadadamente empujar todo hacia la estrella. Cuando una estrella se queda sin su suministro necesario de combustible de fusión nuclear , la presión de radiación cesa y la gravedad es la vencedora. Si la estrella progenitora es una estrella pequeña como nuestro Sol, muere una muerte hermosa y hermosa, con su núcleo entusiasmado por una nebulosa planetaria brillante y reluciente . Las estrellas más masivas no entran con tanta suavidad en las buenas noches y se hinchan en una explosión de supernova poderosa, brillante y fatal, dejando solo una estrella de neutrones o un agujero negro de masa estelar para contar su trágica historia.

En circunstancias normales, los electrones gemelos, que se definen como aquellos con el mismo giro, se ocultan para ocupar el mismo nivel de energía. Por desgracia, solo hay dos formas en que un electrón puede girar, de acuerdo con lo que se denomina Principio de Exclusión de Pauli en física. En el caso de un gas normal, no hay problema, ya que no hay suficientes electrones bailando alrededor para llenar completamente todos los niveles de energía. Sin embargo, las enanas blancas no son normales debido a que su densidad es mucho más alta, por lo que se empuja a todos los electrones danzantes mucho más cerca. Los físicos se refieren a este estado de cosas como un gas “degenerado”. Esto significa que todos los niveles de energía en sus átomos están llenos de electrones. Para que la gravedad comprima aún más a la enana blanca , debe forzar a los electrones a ir donde no pueden. Aquí, una vez que una estrella está “degenerada”, la gravedad no puede comprimirla más. Esto se debe a que, en el mundo extraño descrito por la mecánica cuántica, no hay más espacio disponible para ser ocupado. Por esta razón, la enana blanca sobrevive, pero ya no por reacciones de fusión interna . En cambio, la enana blanca sobrevive como resultado de los principios de la mecánica cuántica que prohíben su colapso total.

La materia degenerada tiene algunas propiedades extrañas. Por ejemplo, cuanto más masiva es la enana blanca , más pequeña es. Cuanta más masa contiene una enana blanca , más se obliga a sus electrones a apretarse cada vez más apretadamente para producir suficiente presión hacia afuera para soportar la masa adicional. Por desgracia, hay un límite en la cantidad de masa que puede poseer una enana blanca . El astrofísico indio americano y Premio Nobel Subramanyan Chandrasekhar (1910-1995) encontró que este límite es aproximadamente 1,4 veces la masa solar. Esto se conoce como el límite de Chandrasekhar.

Las cosas se ponen aún más extrañas. La poderosa e implacable gravedad de la superficie de una enana blanca es aproximadamente 100.000 veces mayor que la de la Tierra. Los átomos más pesados ​​en la atmósfera de la enana blanca se hunden, mientras que los más livianos permanecen en la superficie. Algunas enanas blancas tienen atmósferas completamente de hidrógeno o helio, los dos elementos atómicos más ligeros. Además, el tirón implacable de la gravedad tira de la atmósfera y la cierra en una capa muy delgada. Si este extraño estado de cosas ocurriera en la Tierra, la parte superior de la atmósfera se hundiría en beneficio de la parte superior del Empire State Building.

Muchos astrofísicos proponen que puede haber una corteza de unos 50 kilómetros de espesor debajo de la atmósfera de muchas estrellas enanas blancas. En la parte inferior de esta corteza puede haber una red cristalina compuesta de átomos de carbono y oxígeno.

Miles de estrellas de cristal en el espacio

El descubrimiento de las estrellas enanas blancas de cristal, por un equipo liderado por el Dr. Pier-Emmanuel Tremblay del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, ha sido publicado en la revista Nature. El estudio se basa principalmente en observaciones obtenidas con el satélite Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA) .

Debido a que las enanas hite w son algunas de las más antiguas estrellas en el Universo observable, que son de gran utilidad. Esto se debe a que su ciclo de vida predecible los convierte en excelentes relojes cósmicos, y estos fantasmas estelares pueden proporcionar estimaciones de la edad de los grupos de estrellas vecinas con un alto grado de precisión.

Antes de que una estrella parecida al Sol perezca para convertirse en una enana blanca, primero debe aumentar su tamaño para convertirse en una horrible gigante roja inflamada y ardiente, y el núcleo de la gigante roja se convierte en la enana blanca . Esto sucede después de que estas gigantescas estrellas carmesí hayan perecido y hayan arrojado sus capas externas de gas.

El equipo de astrónomos de la Universidad de Warwick eligió a 15,000 candidatos a enanas blancas , ubicadas a aproximadamente 300 años luz de la Tierra, utilizando observaciones satelitales de Gaia . Luego, los científicos analizaron los datos recién adquiridos relacionados con la luminosidad y el color de las estrellas fantasmales.

Luego detectaron un exceso en el número de estrellas con colores y luminosidades específicos que no correspondían a ninguna edad o masa. Cuando los astrónomos compararon esto con los modelos evolutivos de las estrellas, se observó que el exceso coincidía con la fase en su desarrollo estelar cuando se predice que el calor latente se emitirá en grandes cantidades, lo que resultará en una desaceleración de su proceso de enfriamiento. Se calcula que, en algunos casos, estas estrellas bajas han ralentizado su envejecimiento hasta en 2 mil millones de años. Esto equivale al 15% de la edad de nuestra Galaxia Vía Láctea.

El Dr. Tremblay comentó a la prensa en enero de 2019 que “Esta es la primera evidencia directa de que las enanas blancas cristalizan, o la transición de líquido a sólido. Luminosidades y colores debido a la cristalización y solo ahora se ha observado”.

“Todas las enanas blancas se cristalizan en algún momento de su evolución, aunque las enanas blancas más masivas pasan por el proceso antes. Se convertirán en una enana blanca cristalina en unos 10 mil millones de años”, agregó.

La cristalización es el proceso que se produce cuando el material cambia a un estado sólido y sus átomos constituyentes crean una estructura ordenada. Bajo las presiones extremas que existen en los núcleos de las enanas blancas , los átomos se empujan tan fuerte que sus nubes de electrones se vuelven libres. Este proceso deja un gas electrónico conductor regido por las leyes de la física cuántica y los núcleos cargados positivamente en forma fluida. Cuando el núcleo a menudo se enfría a unos 10 millones de grados, se ha liberado suficiente energía para que el fluido comience a solidificarse. Esto crea un núcleo metálico en su corazón con un manto mejorado en carbono.

“No solo tenemos evidencia de la liberación de calor luego de la solidificación, sino que consideramos que se necesita más liberación de energía para explicar las observaciones en el lecho de la Tierra. Esto empujará el carbono hacia arriba y esa separación liberará energía gravitacional”, dijo el Dr. Tremblay continuó explicándole a la prensa.

“Hemos dado un gran paso hacia adelante para obtener edades precisas para estas enanas blancas más frías y hay viejas estrellas de la Vía Láctea. Hemos entendido el interior de las enanas blancas de una manera que nunca habíamos esperado. Antes de Gaia teníamos 100 -200 enanas blancas con distancias y luminosidades precisas, y ahora tenemos 200,000. Simplemente no se puede realizar en ningún laboratorio de la Tierra “, agregó.

Debido a que un diamante es solo carbono cristalizado, todavía se puede hacer una comparación entre una enana blanca fría de carbono / oxígeno y un diamante muy grande.

La nueva investigación se publica en la revista Nature con el título Cristalización central y acumulación en la secuencia de enfriamiento de las enanas blancas en evolución.

DEJA UNA RESPUESTA

tu comentario
Tu Nombre