Calculan con precisión la edad de las estrellas

Un equipo de investigadores internacional, publicó esta semana en una prestigiosa revista científica los resultados de un estudio que abre nuevos caminos para el conocimiento de la evolución estelar, la física de plasmas y, en general, el origen del Universo. El equipo ha encontrado la clave de la evolución de un tipo de enanas blancas.

Vista general del cúmulo galáctico NGC 6791.

Un equipo de científicos de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña, del Instituto de Ciencias del Espacio del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), de la Universidad Nacional de La Plata (Argentina) y de la Liverpool John Moores University (Reino Unido), encabezado por el investigador Enrique García-Berro, del Departamento de Física Aplicada de la UPC, ha demostrado que la edad de las estrellas enanas blancas del cúmulo galáctico NGC 6791 es de 8.000 millones de años y no de 6.000 millones, como se creía hasta ahora. Esta investigación abre nuevos caminos para profundizar en el conocimiento del origen del Universo y sus resultados se publicaron en la revista científica Nature ayer, 13 de mayo.

Los investigadores han calculado la evolución de las enanas blancas desde su nacimiento hasta la actualidad. Estos cálculos demuestran y confirman experimentalmente teorías que se habían anticipado pero de las que hasta ahora no existían pruebas observacionales. En particular, el equipo de investigación ha demostrado que la sedimentación de los elementos químicos más pesados, debida a la fuerte gravedad de esas estrellas, y la cristalización de los materiales, a consecuencia de las enormes presiones, tienen lugar en su interior. Estos procesos físicos liberan energía en el interior de las enanas blancas y retrasan su evolución, lo cual permite calcular con precisión la edad de este tipo de estrellas.

Los científicos han utilizado durante años la edad de las enanas blancas para estimar la edad de nuestra galaxia y de otros sistemas de estrellas, y la habían anticipado desde el punto de vista teórico, aunque existían grandes incertidumbres debido a que no se podía probar cómo se producían esos dos fenómenos en su interior. Nunca se había podido certificar mediante observaciones, de una forma independiente, la validez de sus teorías, ya que es imposible obtener en laboratorios terrestres las densidades y las temperaturas tan altas (de millones de gr/cm³ y de millones de grados, respectivamente) de esas estrellas. Los cálculos de este grupo de investigadores han sido comparados con las medidas de la edad de NGC 6791 realizadas a partir de las imágenes del telescopio espacial Hubble y se ha podido comprobar que coinciden.

Las enanas blancas son las estrellas más abundantes del Universo. Además, son estrellas muy densas dado que tienen una masa similar a la del Sol, pero poseen un radio comparable al de la Tierra. De hecho, son residuos estelares, restos compactos de estrellas fruto de la evolución estelar que se forman cuando las estrellas agotan su combustible nuclear. Por otro lado, emiten la energía térmica que tienen almacenada, por lo que, en general, su luminosidad es muy baja.

La mayoría de enanas blancas están formadas por un núcleo de carbono y oxígeno, aunque en su superficie tienen una capa de hidrógeno y de helio. En el momento de su formación las enanas blancas presentan unas temperaturas muy altas y su brillo es muy intenso, pero al no tener otras fuentes de energía que no sea su reserva térmica se van enfriando gradualmente y va disminuyendo su brillantez muy lentamente, hasta que llega el día en que dejan de irradiar. La vida de una enana blanca, sin embargo, puede llegar a ser de miles de millones de años. Hasta ahora, la mayoría de cálculos atribuían una edad de 6.000 millones de años a las enanas blancas del cúmulo galáctico NGC 6791, pero el nuevo trabajo de investigación demuestra que nacieron hace 8.000 millones de años.

Esta hipótesis ha sido demostrada mediante la simulación de toda la evolución de las enanas blancas, en la que se han incluido los dos procesos físicos que tienen lugar en el núcleo de estas estrellas y que nunca se habían considerado: uno es el efecto de la sedimentación del neón y el otro es la separación de fases del carbono y el oxígeno durante la cristalización, que sucede a temperaturas más bajas.

En esas dos etapas de la evolución, la estrella libera energía gravitacional y su enfriamiento se modera. Como las enanas blancas más débiles del cúmulo son también las más rojas y frías, si se dispone de buenos modelos de enfriamiento se puede calcular la edad del cúmulo. Consecuentemente, los científicos han calculado los colores y el brillo de todas las enanas blancas del cúmulo NGC 6791 y han podido comprobar que, en el caso de las enanas blancas más débiles, los efectos de esos dos procesos físicos retrasan el proceso de enfriamiento, de forma tal que la edad del cúmulo y la de sus enanas blancas coinciden.

Este descubrimiento tiene consecuencias científicas importantes, ya que confirma que las enanas blancas pueden ser utilizadas como cronómetros fiables e independientes para determinar la edad de muchos sistemas de estrellas y, por lo tanto, sirven para profundizar en nuestro conocimiento del Universo. Dichos conocimientos se podrán aplicar también en otros campos, como la física de los plasmas densos.

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