Dos nuevos estudios analizaron los restos de antiguos cuerpos planetarios que fueron destruidos y absorbidos por varias enanas blancas. A partir de los elementos químicos detectados en la atmósfera de cada estrella, los investigadores pudieron reconstruir de qué estaban hechos algunos de esos objetos antes de desaparecer. El objetivo es conocer la composición de planetas, asteroides o fragmentos rocosos de otros sistemas, incluso cuando ya no existen y no pueden observarse directamente. Los resultados permitieron identificar restos ricos en hierro, compatibles con núcleos metálicos, materiales semejantes a mantos y cortezas, cuerpos primitivos parecidos a ciertos meteoritos y dos posibles planetesimales con una elevada proporción de agua.
¿Qué es una enana blanca y cómo se compone?
Una enana blanca es el remanente que queda tras la muerte de una estrella de relativa poca masa. Cuando las estrellas pequeñas agotan el combustible que genera la fusión nuclear, las capas externas se colapsan sobre sí mismas y se expulsan en una explosión que deja expuesto el núcleo.
Las enanas blancas que resultan de ese estallido pueden reunir una masa comparable con la del Sol, pero en un tamaño mucho más chico, cercano al de la Tierra. Como tienen mucha masa concentrada, su gravedad superficial (que es proporcional a la masa e inversamente proporcional a la distacia) es muy intensa. Esa gravedad hace que los elementos más pesados se hundan hacia el interior del núcleo y que la atmósfera visible quede dominada por hidrógeno o helio.
Por eso, cuando un espectro muestra que en el centro de una estrella hay metales, como hierro y níquel, la explicación más aceptada es que la estrella incorporó material de su antiguo sistema planetario. Cuerpos que sobrevivieron a la evolución estelar pueden cambiar de órbita, acercarse demasiado, desarmarse por las fuerzas de atracción y formar un disco de escombros que termina cayendo sobre la enana blanca.
¿Qué analizaron los estudios?
El primero de los trabajos, publicado en la revista Royal Astronomical Society, estudió cuatro enanas blancas frías con atmósferas de hidrógeno mediante X-shooter, un espectrógrafo instalado en el Very Large Telescope (VLT), en Chile. El instrumento separó su luz por longitudes de onda y permitió identificar entre cinco y once elementos en cada estrella.
En WD J0358, la abundancia de hierro, níquel y cromo indicó que el cuerpo destruido era muy rico en material de núcleo. Distintos modelos situaron esa fracción entre aproximadamente el 60% y el 70%. WD J2324 mostró una composición todavía más extrema en hierro, que representaría cerca del 67% de la masa reconstruida. En cambio, WD J0132 tenía poco material de núcleo y una proporción de calcio superior al 12%, compatible con restos dominados por manto y corteza. WD J0426 presentó más sodio que la Tierra y una composición semejante a las condritas primitivas, meteoritos poco modificados desde las primeras etapas de un sistema planetario.
En general, las diferencias indican que algunos cuerpos se habían diferenciado. El calor separó un núcleo metálico de un manto rocoso, y colisiones posteriores expusieron o arrancaron capas distintas.
El segundo estudio, dispobible en el repositorio arXiv, examinó doce enanas blancas muy contaminadas encontradas en la primera publicación de datos del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Aunque el instrumento se construyó principalmente para cartografiar el universo y estudiar su expansión, sus millones de espectros también permiten localizar estrellas con firmas químicas inusuales.
El equipo detectó entre tres y diez elementos por objeto y pudo analizar con mayor profundidad seis sistemas. Cuatro mostraron material rocoso esencialmente seco. En otras dos estrellas, denominadas 0452−0214 y 1352+0323, los modelos encontraron más oxígeno del necesario para formar los óxidos habituales de magnesio, silicio, calcio y hierro. Ese excedente puede explicarse si parte del oxígeno llegó unido a hidrógeno en moléculas de agua. El caso de 0452−0214 cuenta con líneas de oxígeno mejor reproducidas por los modelos; en 1352+0323, las líneas son débiles y la estimación es menos segura. Los autores consideran que la explicación más simple es la incorporación de cuerpos ricos en agua, pero no presentan una detección directa de océanos, hielo o vapor.
El valor de los estudios
Estas investigaciones amplían una técnica que permite estudiar el interior de cuerpos extrasolares con un detalle difícil de alcanzar mediante los métodos habituales. El tránsito de un exoplaneta y el movimiento gravitatorio que provoca en su estrella permiten calcular su radio, masa y densidad media, pero distintas combinaciones de hierro, roca, agua y gases pueden producir valores semejantes.
En una enana blanca contaminada, cada línea espectral actúa como la huella de un elemento que perteneció al cuerpo destruido. La reconstrucción depende de modelos sobre la atmósfera estelar, la velocidad con que cada elemento se hunde y la etapa de la acreción, por lo que no siempre permite conocer el tamaño original ni decidir si el objeto fue un asteroide, una luna o parte de un planeta. Lo que recupera es su inventario químico, como la evidencia de núcleos, mantos, cortezas, colisiones y posibles reservas de agua en sistemas que continuaron evolucionando después de la muerte de sus estrellas.
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