Desarrollan un método para estudiar las estrellas enanas blancas distorsionadas

La mayoría de las estrellas, debido a la rotación y a su carácter gaseoso, muestran cierto achatamiento en los polos. Pero algunas rotan tan deprisa que adquieren forma claramente alargada, algo que también ocurre en estrellas binarias muy próximas debido a la atracción mutua. El estudio de estas rápidas rotadoras constituye un desafío teórico, ya que requieren métodos específicos para determinar sus propiedades. Un investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía publica un estudio que analiza, por primera vez de forma sistemática, las distorsiones en las estrellas enanas blancas, lo que permitirá determinar con mayor precisión sus radios, masas o temperaturas.

Distintos ejemplos de estrellas achatadas debido a su alta velocidad de rotación.

Las enanas blancas constituyen los restos de una estrella como el Sol que ha expulsado sus capas más externas y conserva un núcleo muy compacto. Las densidades de estos objetos pueden ascender a dos toneladas por centímetro cúbico, y pueden albergar una masa equivalente a la del Sol en un volumen similar al de la Tierra.

“Cada vez se están encontrando más sistemas estelares binarios formados por enanas blancas donde las estrellas se hallan muy distorsionadas bien por las fuerzas rotacionales, de marea, o ambas. Conocemos, por ejemplo, estrellas que orbitan en torno al centro de masas común cada pocos minutos, y que presentan formas claramente achatadas”, apunta Antonio Claret, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que ha desarrollado el estudio.

Estos sistemas binarios de enanas blancas constituyen un excelente laboratorio para profundizar en el conocimiento de la evolución de estrellas dobles, así como de la física de las mareas en entornos astronómicos o para el estudio de ondas gravitatorias, ondulaciones en la estructura del espaciotiempo predichas por Einstein. Sin embargo, modelar estos sistemas con precisión era hasta ahora una tarea imposible.

“Estos nuevos cálculos permitirán estudiar estos complejos sistemas con mayor rigor. Por ejemplo, permitirán distinguir más claramente cuál es la contribución de los cambios de los periodos debido a la emisión de ondas gravitatorias. Igualmente, muestran que hay que distinguir entre estrellas frías y calientes para emplear un modelo u otro para determinar sus características, entre ellas la temperatura”, apunta Claret (IAA-CSIC).

Cómo medir la temperatura de las estrellas achatadas

Para determinar la temperatura de las estrellas deformadas se empleaba, tradicionalmente, el teorema de von Zeipel, que proponía que en las estrellas achatadas calientes –con temperaturas de más de 8000 grados- la temperatura es proporcional a la gravedad local. Introducía así el concepto «oscurecimiento por gravedad», que provoca que en una estrella achatada la temperatura en los polos sea mayor que en el ecuador (en el Sol este efecto es apenas perceptible debido a su baja velocidad de rotación).

«El valor que von Zeipel asignó al oscurecimiento por gravedad ha sido muy discutido teóricamente, y la aplicación de un exponente de oscurecimiento por gravedad erróneo supone una determinación defectuosa de la termodinámica de la estrella, que a su vez implica la obtención de valores de luminosidad, masa y edad equivocados”, indica Antonio Claret (IAA-CSIC).

Antonio Claret desarrolló en 2011 un nuevo formalismo para conocer el oscurecimiento por gravedad desde el interior hasta la atmósfera de las estrellas, y de él se derivaba una conclusión importante: el teorema de von Zeipel solo es aplicable a las regiones más profundas de la estrella. Dado que los astrofísicos observan las capas más externas, este nuevo modelo constituía la alternativa correcta para determinar los parámetros esenciales de la estrella con precisión.

Este nuevo trabajo constituye una continuación del anterior, aplicado a las enanas blancas e introduciendo cálculos de mecánica cuántica. “Hay algunos resultados novedosos: por ejemplo, se ha relacionado matemáticamente la variación de la entropía específica con la distribución de temperaturas en las superficies de enanas blancas distorsionadas y también hemos generalizado el teorema de von Zeipel para el caso de enanas blancas muy calientes. Sin embargo, tal teorema sigue sin ser válido, como se demostró en 2011, para las enanas blancas frías”, concluye Claret.

Referencia: Claret. A. «Rotationally and tidally distorted compact stars. A theoretical approach to the gravity-darkening exponents for white dwarfs». Astronomy & Astrophysics, April 2021.