Un nuevo análisis de las estrellas enanas blancas respalda su papel como fuente clave de carbono, un elemento crucial para toda la vida, en la Vía Láctea y otras galaxias.

Aproximadamente el 90 por ciento de todas las estrellas terminan sus vidas como enanas blancas, restos estelares muy densos que se enfrían y se atenúan gradualmente durante miles de millones de años. Sin embargo, con sus últimas respiraciones antes de colapsar, estas estrellas dejan un importante legado, extendiendo sus cenizas en el espacio circundante a través de vientos estelares enriquecidos con elementos químicos, incluido el carbono, recientemente sintetizados en el interior profundo de la estrella durante las últimas etapas antes de su muerte. .

Cada átomo de carbono en el universo fue creado por estrellas, a través de la fusión de tres núcleos de helio. Pero los astrofísicos aún debaten qué tipos de estrellas son la fuente principal de carbono en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Algunos estudios favorecen las estrellas de baja masa que se desprendieron de sus envolturas en vientos estelares y se convirtieron en enanas blancas, mientras que otros prefieren estrellas masivas que eventualmente explotaron como supernovas.

En el nuevo estudio, publicado el 6 de julio en Nature Astronomy , un equipo internacional de astrónomos descubrió y analizó enanas blancas en cúmulos estelares abiertos en la Vía Láctea, y sus hallazgos ayudan a arrojar luz sobre el origen del carbono en nuestra galaxia. Los cúmulos estelares abiertos son grupos de hasta unos pocos miles de estrellas, formados a partir de la misma nube molecular gigante y aproximadamente de la misma edad, y unidos por atracción gravitacional mutua. El estudio se basó en observaciones astronómicas realizadas en 2018 en el Observatorio WM Keck en Hawai y dirigido por el coautor Enrico Ramirez-Ruiz, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad de California en Santa Cruz.

«A partir del análisis de los espectros de Keck observados, fue posible medir las masas de las enanas blancas. Usando la teoría de la evolución estelar, pudimos rastrear hasta las estrellas progenitoras y derivar sus masas al nacer», Ramírez-Ruiz explicado.

La relación entre las masas iniciales de estrellas y sus masas finales como enanas blancas se conoce como la relación de masa inicial-final, un diagnóstico fundamental en astrofísica que integra información de los ciclos de vida completos de las estrellas, vinculando el nacimiento con la muerte. En general, cuanto más masiva es la estrella al nacer, más masiva deja la enana blanca en su muerte, y esta tendencia ha sido apoyada tanto por motivos teóricos como de observación.

Pero el análisis de las enanas blancas recién descubiertas en viejos cúmulos abiertos dio un resultado sorprendente: las masas de estas enanas blancas fueron notablemente más grandes de lo esperado, poniendo un «doblez» en la relación de masa inicial-final para estrellas con masas iniciales en un cierto rango .

«Nuestro estudio interpreta esta torcedura en la relación de masa inicial-final como la firma de la síntesis de carbono hecha por estrellas de baja masa en la Vía Láctea», dijo la autora principal Paola Marigo de la Universidad de Padua en Italia.

En las últimas fases de sus vidas, las estrellas dos veces más masivas que nuestro Sol produjeron nuevos átomos de carbono en sus cálidos interiores, los transportaron a la superficie y finalmente los extendieron al medio interestelar a través de suaves vientos estelares. Los modelos estelares detallados del equipo indican que la eliminación del manto exterior rico en carbono ocurrió lo suficientemente lento como para permitir que los núcleos centrales de estas estrellas, las futuras enanas blancas, crezcan de manera apreciable en masa.

Analizando la relación de masa inicial-final alrededor del pliegue, los investigadores concluyeron que las estrellas de más de 2 masas solares también contribuyeron al enriquecimiento galáctico del carbono, mientras que las estrellas de menos de 1,5 masas solares no lo hicieron. En otras palabras, 1.5 masas solares representan la masa mínima para que una estrella esparza cenizas enriquecidas en carbono tras su muerte.

Estos hallazgos imponen restricciones estrictas sobre cómo y cuándo el carbono, el elemento esencial para la vida en la Tierra, fue producido por las estrellas de nuestra galaxia, y finalmente quedó atrapado en la materia prima de la que se formó el Sol y su sistema planetario hace 4.600 millones de años. .

«Ahora sabemos que el carbono proviene de estrellas con una masa de nacimiento de no menos de aproximadamente 1,5 masas solares», dijo Marigo.

El coautor Pier-Emmanuel Tremblay, de la Universidad de Warwick, dijo: «Uno de los aspectos más interesantes de esta investigación es que afecta la edad de las enanas blancas conocidas, que son sondas cósmicas esenciales para comprender la historia de la formación de la Vía Láctea. -la relación de masa final también es lo que establece el límite de masa inferior para las supernovas, las explosiones gigantescas vistas a grandes distancias y que son realmente importantes para comprender la naturaleza del universo «.

Al combinar las teorías de la cosmología y la evolución estelar, los investigadores concluyeron que las estrellas brillantes ricas en carbono cercanas a su muerte, muy similares a los progenitores de las enanas blancas analizadas en este estudio, actualmente están contribuyendo a una gran cantidad de luz emitida por galaxias muy lejanas. Esta luz, que lleva la firma del carbono recién producido, es recolectada rutinariamente por grandes telescopios para investigar la evolución de las estructuras cósmicas. Una interpretación confiable de esta luz depende de la comprensión de la síntesis de carbono en las estrellas.

Además de Marigo, Tremblay y Ramírez-Ruiz, los coautores del artículo incluyen científicos de la Universidad Johns Hopkins, Museo Americano de Historia Natural de Nueva York, Universidad de Columbia, Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, Universidad de Warwick, Universidad de Montreal, Universidad. de Uppsala, Escuela Internacional de Estudios Avanzados en Trieste, Instituto Nacional Italiano de Astrofísica y la Universidad de Ginebra. Esta investigación fue apoyada por la Unión Europea a través de una beca ERC Consolidator Grant y el DNRF a través de una cátedra Niels Bohr.