Estrellas muertas podrían romper uno de los límites más famosos de la física

Una nueva investigación sorprendió a la comunidad científica al sugerir que algunas estrellas muertas, conocidas como enanas blancas, podrían alcanzar masas mucho mayores de lo que se pensaba posible. Simulaciones por computadora mostraron que campos magnéticos intensos en el interior de estas estrellas podrían permitirles soportar la gravedad aplastante, alcanzando hasta 2.4 veces la masa del Sol. Este hallazgo desafía el conocido límite de Chandrasekhar, que establece un umbral de aproximadamente 1.4 masas solares para las enanas blancas sin campos magnéticos significativos.

Las enanas blancas son los núcleos densos que quedan tras el agotamiento del combustible nuclear en ciertas estrellas, y aunque tienen un tamaño similar al de la Tierra, pueden contener tanta masa como el Sol o más. Cuando una enana blanca compuesta principalmente de carbono y oxígeno se acerca al límite de Chandrasekhar, la presión y densidad crecientes en su núcleo pueden provocar una explosión termonuclear, conocida como supernova de tipo Ia.

Investigadores del Departamento de Física del Instituto Indio de Ciencia (IISc) realizaron simulaciones que sugieren que este límite de masa podría no aplicarse a las enanas blancas que poseen campos magnéticos internos suficientemente fuertes. En una de las simulaciones, una enana blanca magnetizada alcanzó aproximadamente 2.4 veces la masa del Sol, superando así el límite convencional de 1.4 masas solares.

El profesor Banibrata Mukhopadhyay, autor correspondiente del estudio publicado en The Astrophysical Journal Letters, explicó que la idea comenzó en 2011 cuando un estudiante de verano le planteó la cuestión de si el límite de Chandrasekhar podría ser violado por un campo magnético. Desde entonces, se han explorado objetos conocidos como enanas blancas "super-Chandrasekhar".

Astrónomos también han observado supernovas de tipo Ia que brillan mucho más intensamente de lo esperado, lo que ha llevado a considerar que algunas enanas blancas podrían alcanzar masas de hasta 2.8 veces la del Sol antes de explotar. Sin embargo, demostrar que tales enanas blancas masivas podrían existir es solo una parte del desafío; los científicos también deben explicar cómo una estrella ordinaria podría evolucionar hasta convertirse en una de estas.

La investigadora Zenia Zuraiq, primera autora del estudio y estudiante de doctorado en el IISc, afirmó que la pregunta crucial no era simplemente si una enana blanca super-Chandrasekhar es posible, sino si una estrella puede realmente evolucionar hasta convertirse en una. Sus simulaciones permitieron seguir ese camino evolutivo desde la estrella de la secuencia principal hasta la enana blanca, demostrando que bajo ciertas condiciones, este camino es factible.

Para investigar este proceso, los investigadores modificaron un programa de simulación de evolución estelar llamado STARS, que fue desarrollado en la Universidad de Cambridge. Ampliaron el software para incluir campos magnéticos y el enfriamiento de las enanas blancas, lo que les permitió simular cómo las estrellas magnetizadas cambian con el tiempo, comenzando desde la etapa en la que generan energía fusionando hidrógeno en helio.

Las simulaciones luego siguieron a las estrellas a través de sus etapas evolutivas y hacia su estado final como enanas blancas. Posteriormente, los investigadores modelaron un sistema estelar binario en el que una enana blanca extrae materia de una estrella compañera, un proceso conocido como acreción, que permite a la enana blanca ganar masa con el tiempo. Los investigadores querían determinar si el campo magnético creciente podría cambiar la cantidad de material adicional que podría soportar.

Las simulaciones revelaron un efecto sorprendente: incluso un campo magnético que comienza siendo relativamente débil puede volverse más influyente a medida que una enana blanca acumula materia. A medida que el material se acumula, la estrella se vuelve más densa y se contrae bajo su propia gravedad. Esta compresión fortalece su campo magnético interno, que a su vez proporciona presión adicional que ayuda a contrarrestar la gravedad.

Este soporte magnético más fuerte permite que la enana blanca contenga más masa de lo que sería posible de otra manera. Además, cambia la relación familiar entre la masa y el tamaño de una enana blanca, lo que podría crear diferentes límites máximos de masa dependiendo de cómo se comporten los campos magnéticos en el interior de la estrella.

Los resultados sugieren que los campos magnéticos podrían alterar fundamentalmente cuán masiva puede llegar a ser una enana blanca. Este mismo mecanismo podría ayudar a explicar otro rompecabezas astronómico: algunas enanas blancas bien estudiadas tienen radios inesperadamente grandes para sus masas relativamente bajas. La presión magnética podría proporcionar una posible explicación de por qué estas estrellas parecen más grandes de lo que los modelos convencionales predicen.

Las implicaciones de este descubrimiento podrían extenderse más allá de la evolución de las estrellas moribundas. Las supernovas de tipo Ia son herramientas importantes en astronomía para medir distancias en el cosmos. Debido a que su brillo máximo puede estandarizarse, los astrónomos las utilizan como puntos de referencia cósmicos. Comparando cuán brillantes son realmente estas explosiones con cuán brillantes parecen desde la Tierra, los investigadores pueden estimar sus distancias, ayudando a entender el tamaño, la historia y la expansión continua del universo.

El límite de Chandrasekhar ha proporcionado tradicionalmente un marco físico importante para entender estas explosiones. Si las enanas blancas alcanzan masas similares antes de explotar, se espera que su producción de energía y brillo sigan patrones ampliamente predecibles. Sin embargo, los nuevos hallazgos sugieren que algunas enanas blancas en explosión podrían tener masas y campos magnéticos internos sustancialmente diferentes. Estas diferencias podrían influir en las propiedades y luminosidad de las supernovas resultantes, ayudando a explicar por qué ciertas explosiones de tipo Ia son inusualmente brillantes.

Comprender cómo los campos magnéticos afectan estas explosiones estelares podría, por lo tanto, ayudar a los astrónomos a refinar sus interpretaciones sobre el brillo de las supernovas y mejorar su comprensión de la expansión cósmica. Aunque los hallazgos provienen de simulaciones por computadora en lugar de observaciones directas de enanas blancas creciendo hasta estas masas extremas, ofrecen un posible camino evolutivo para las estrellas que superan el límite de Chandrasekhar. La investigación sugiere que uno de los límites de masa más famosos de la astronomía podría tener excepciones importantes, permitiendo que algunos astros muertos se vuelvan mucho más pesados de lo que se pensaba anteriormente.