Miles de millones de años a partir de ahora, cuando el sol esté en su agonía final (es decir, después de que ya haya vaporizado la Tierra), su núcleo de helio se derrumbará sobre sí mismo, encogiéndose en una bola de gas brillante fuertemente comprimida llamada enana blanca .
Pero aunque estas lápidas estelares ya salpican nuestro paisaje galáctico, sus interiores siguen siendo un rompecabezas en física, lo cual no es sorprendente, dado lo extraños que son.
Recientemente, un par de investigadores ha creado un modelo sofisticado para "mirar" el interior de una enana blanca. ¿Y adivina qué? Estas extrañas bolas cósmicas podrían avergonzar a las trufas terrestres, ya que parecen tener centros cremosos repletos de líquidos cuánticos exóticos.
La estrella una vez orgullosa
Las estrellas como nuestro sol obtienen su energía al fusionar hidrógeno en helio en lo profundo de sus núcleos. Esta producción de energía no puede durar para siempre: con el tiempo, el hidrógeno disponible se agota y la fiesta se detiene. Pero cerca del final de sus vidas, las estrellas pueden encender brevemente las luces quemando helio, dejando atrás un núcleo inerte y muerto de carbono y oxígeno.
Pero las estrellas más pequeñas como nuestro sol no tienen suficiente empuje gravitacional para fusionar carbono y oxígeno en elementos más pesados como el magnesio o el hierro, por lo que mueren, volviéndose de adentro hacia afuera y liberando sus atmósferas en un lugar hermoso (o sangriento, dependiendo de su punto de vista) nebulosa planetaria.
Ese núcleo de carbono y oxígeno permanece atrás, una fracción significativa de la masa de la estrella encerrada dentro de un núcleo no más grande que la Tierra. Cuando los astrónomos descubrieron por primera vez estos objetos extraños, ahora conocidos como enanas blancas, pensaron que eran imposibles, con densidades calculadas que se elevan por encima de mil millones de veces la del aire que respiramos. ¿Cómo podría algo tener una densidad tan extrema y no simplemente colapsar bajo su propio peso terrible?
Pero las enanas blancas no son imposibles, y las ideas teóricas de principios del siglo XX resolvieron el misterio de cómo podrían existir las enanas blancas. La respuesta llegó en forma de mecánica cuántica, y la comprensión de que a altas densidades, la naturaleza es, para decirlo simplemente, muy rara. En el caso de las enanas blancas, solo una cierta cantidad de electrones se pueden empacar dentro. Dado que estos electrones giratorios se repelen entre sí, juntos crean suficiente presión para mantener las estrellas muertas en globo, soportando incluso las fuerzas de gravedad casi abrumadoras.
Y así, los cadáveres estelares pueden vivir durante billones de años.
Centros rellenos de crema
Si bien estos primeros cálculos mostraron cómo las enanas blancas podrían existir en nuestro universo, los astrofísicos sabían que las descripciones simples no capturarían completamente lo que está sucediendo en núcleos tan exóticos. Después de todo, este es un estado de la materia que es completamente inaccesible para los laboratorios y experimentos aquí en la Tierra: ¿quién sabe qué juegos extraños podría hacer la naturaleza, en el fondo de estos corazones muertos?
Tanto los físicos como los astrónomos se han estado preguntando acerca de los interiores de las enanas blancas durante décadas, y en un artículo reciente que aparece en el diario de preimpresión arXiv, un par de físicos teóricos rusos ha propuesto un nuevo modelo de núcleos profundos en las enanas blancas, que detalla cómo su modelo se basa y se desvía del trabajo anterior, y cómo los observadores pueden saber si su nuevo modelo es exacto.
En este nuevo modelo, los científicos simularon el núcleo de la enana blanca como si estuviera formado por un solo tipo de núcleos pesados (esto no es del todo exacto, ya que las enanas blancas son una mezcla de varios elementos como el carbono y el oxígeno, pero es un buen punto de partida), con estas partículas sumergidas en una espesa sopa de electrones.
Esta configuración supone que las enanas blancas son lo suficientemente cálidas como para tener interiores líquidos, lo cual es una suposición razonable, dado que cuando nacen (o más bien, cuando finalmente están expuestos después de la muerte de sus estrellas anfitrionas), tienen temperaturas bien en exceso de un millón de grados Kelvin.
Las capas más externas de una enana blanca están expuestas al ambiente helado de un vacío puro, lo que permite que el hidrógeno se asiente en la superficie, dándoles una atmósfera ligera y delgada. Y en tiempos extremos, las enanas blancas se enfrían, eventualmente forman un cristal gigante, pero eso está lo suficientemente lejos como para que, en su mayor parte, las enanas blancas se llenen de un líquido cuántico exótico de carbono y oxígeno, por lo que el modelo utilizado en este estudio es relativamente preciso para una gran fracción de la vida de una enana blanca.
Superficies de la firma
Dado que las tripas enanas blancas representan uno de los entornos más inusuales en el universo, estudiarlas podría revelar algunas propiedades profundas de la mecánica cuántica en condiciones extremas. Pero dado que los científicos nunca pueden esperar acorralar a una enana blanca cercana para llevarla a una vivisección, ¿cómo podemos echar un vistazo debajo del capó?
Los investigadores del nuevo modelo mostraron cómo la luz emitida por las enanas blancas puede ser diferente al calor. Las enanas blancas no generan calor por sí mismas; Sus temperaturas intensas son el resultado de las presiones gravitacionales extremas que enfrentaron cuando estaban dentro de las estrellas. Pero una vez que su estrella anfitriona se desvanece y está expuesta al espacio, brillan intensamente: en los primeros miles de años después de su gran revelación, están tan calientes que emiten radiación de rayos X.
Pero se enfrían, muy lentamente, filtrando su calor como radiación al espacio. Y hemos estado observando enanas blancas durante el tiempo suficiente para que podamos verlas refrescarse en el transcurso de años y décadas. La rapidez con la que se enfrían depende de cuán eficientemente el calor atrapado pueda escapar a sus superficies, lo que a su vez depende de la naturaleza exacta de sus intestinos.
Otra característica que los investigadores mostraron que podría usarse para investigar dentro de las enanas blancas es su bamboleo muy leve. Al igual que la sismografía se utiliza para estudiar el núcleo de la Tierra, la composición y el carácter de una enana blanca cambia la forma en que las vibraciones se mostrarán en la superficie.
Por último, podemos usar poblaciones de enanas blancas para tener una idea de sus interiores, ya que la relación entre sus masas y sus tamaños depende de las relaciones mecánicas cuánticas precisas que gobiernan sus interiores.
En particular, la nueva investigación sugiere que la mayoría de las enanas blancas deberían enfriarse más rápido de lo que solíamos pensar, vibrar con menos frecuencia de lo que sugieren los modelos más antiguos y ser un poco más grandes de lo esperado que si no tuviéramos en cuenta este modelo más realista. Ahora les corresponde a los astrónomos hacer mediciones lo suficientemente precisas para ver si realmente estamos entendiendo estos entornos exóticos, o si tenemos que darle otra oportunidad.
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Paul M. Sutter es astrofísico en La universidad de estado de Ohio, gran cantidad de Pregúntale a un astronauta y Radio espacialy autor de Tu lugar en el universo.
