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Astrofísica

Un conglomerado de cristal

Decenas de estrellas de una formación en órbita de la Vía Láctea están constituidas por diamante

NASA/ESA/H. RICHER (UNIVERSIDADE DA COLÚMBIA BRITÂNICA)Hace doce años, el astrofísico Kepler de Souza Oliveira Filho y su colega norteamericano Don Winget postularon en un artículo científico que una estrella bastante vieja y fría de la constelación de Centauro, la BPM 37093, técnicamente clasificada como una enana blanca, poseía un núcleo cristalizado casi en su totalidad. Con un tamaño semejante al de la Tierra y masa parecida a la del Sol, el objeto fue descrito como una estrella de diamante, expresión empleada por los propios investigadores, respectivamente, de la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS) y de la Universidad de Texas. La composición de su centro, extremadamente denso, era de carbono y algo de oxígeno, muy similar a la del valioso cristal terrestre. Y ahora, un nuevo estudio realizado junto con Winget y otros colegas del exterior, Kepler informa haber identificado otras 42 enanas blancas en proceso de transformarse en estrellas de diamante y el descubrimiento de una característica peculiar en ese tipo de astro. Mientras no culmina el proceso de cristalización del núcleo, las estrellas de diamante permanecen con su temperatura constante, comenta Kepler, quien publicó el trabajo en marzo del presente año en la revista científica Astrophysical Journal. Una vez concluida esta fase, ellas vuelven a enfriarse.

Resulta interesante percibir que sucede lo mismo en otro proceso cotidiano observado en la Tierra: la solidificación del agua. La temperatura del agua permanece estable en torno a 0 ºC mientras no se produce el congelamiento total de todo el líquido. Solamente después que el 100% del agua se convierte en hielo y el cambio de fase se completa, la temperatura del sólido vuelve a caer. En el caso de las estrellas de diamante recientemente identificadas, la cristalización total demoraría mil millones de años, un período en el que el termómetro estará siempre en una cota de 6.000 grados Kelvin (K), una baja temperatura para ese tipo de astro. Las 42 enanas blancas en vías de solidificación se localizan en un conglomerado globular, el NGC 6397, un denso agrupamiento de materia con formato esférico que, debido a la acción de la gravedad, congrega 400 mil estrellas en órbita en el centro galáctico de la Vía Láctea. El NGC 6397, distante 7,2 mil años luz de la Tierra (1 año luz equivale aproximadamente a 9,5 billones de kilómetros) y con una edad estimada en 12 mil millones de años, es uno de los 160 conglomerados globulares conocidos que giran alrededor del centro de nuestra galaxia, tal como si fueran satélites, aunque en realidad pertenecen a la Vía Láctea. El conglomerado es el segundo más cercano a la Tierra, formando parte de la constelación de Ara (que quiere decir altar).

Estrellas en el fin de su vida
Tal como sucede con frecuencia con los hallazgos científicos, los investigadores no se encontraban justamente buscando lo que acabaron descubriendo. La idea inicial consistía en determinar la edad de las enanas blancas más antiguas del conglomerado, que ya habían completado el proceso de solidificación y exhibían temperaturas del orden de los 4.500 ºK, todavía más bajas que las medidas en las estrellas en etapa de cristalización. Los planes se tornaron más ambiciosos cuando notaron que existía un número significativo de enanas blancas con temperatura baja y constante, aunque mayor que la de las estrellas más arcaicas del conglomerado.

Fue la pista que necesitaban los astrofísicos para reconstruir la historia de la primera estrella en vías de transformarse en diamante identificada por ellos en 1997 y comenzar la búsqueda de enanas blancas en fase de solidificación por todo el conglomerado. Para esa tarea, utilizaron datos provistos por el telescopio Hubble, que observó las estrellas del NGC 6397 durante 95 horas, un período extremadamente largo tratándose de un equipamiento tan valioso y disputado por los astrofísicos. Las enanas blancas son estrellas en la etapa final de su vida y presentan un brillo alrededor de 100 millones de veces menor de lo que puede ver el ojo humano, explica el astrofísico de la UFRGS.

El conocimiento de las fases de la vida evolutiva de una estrella típica ayuda a comprender el trabajo de los investigadores. Alrededor del 98% de las estrellas de la Vía Láctea son pequeñas o medianas y tienen escasa masa, tal como es el caso del Sol, y un día se convertirán en enanas blancas. Es un destino inexorable. Cerca del final de su existencia, éstas habrán consumido todo su hidrógeno y dejarán de producir las reacciones termonucleares que les proporcionan energía. Se enfriarán, achicándose y tornándose extremadamente densas. Lógicamente, no existen medios para medir directamente la composición del interior de una estrella remota y moribunda como son las enanas blancas, de probar con un 100% de certeza la existencia de un núcleo cristalizándose en el centro de esos astros. Aun así, los astrofísicos construyen sus teorías basados en parámetros concretos, con datos de observaciones objetivas que les permiten sostener científicamente una idea.

La medición de la luminosidad de las estrellas de las que se conoce la distancia que las separa de la tierra y su radio ése era el caso de las enanas blancas en cuestión es una forma indirecta para determinar la masa y la temperatura de esos astros. Por eso, las lentes del Hubble registraron el brillo de alrededor de 280 enanas blancas del conglomerado globular NGC 6397 e indicaron que 42 de ellas presentaban una magnitud de 26.5. Para ese grupo de estrellas, tal nivel de luminosidad equivale a una temperatura de 6.000 ºK, compatible con la hipótesis de contar con un núcleo en proceso de solidificación, esto es, transformándose en un gigantesco diamante. Demostramos que los datos son consistentes con la teoría de cristalización de iones en el interior de las enanas blancas, que realmente no cambian de temperatura mientras se cristalizan, afirma Kepler.

La denominación de estrella de diamante puede sonar sensacionalista proviniendo de boca de los científicos, pero el astrofísico de la UFRGS explica que no existe otra alternativa. Lo que no es correcto es imaginar que las enanas blancas sean un diamante exactamente igual a los que conocemos, explica. Su cristal de carbono es mucho más compacto. La distancia media entre los átomos que componen un diamante hallado en la Tierra es de 3,08 angstroms. El diamante de la enana blanca es superdenso y apenas 0,01 angstrom separa a las partículas elementales que lo componen. Un angstrom es la diezmilmillonésima parte del metro.

Artículo científico
WINGET, D.E. et al. The physics of crystallization from globular cluster white dwarf stars in NGC 6397. The Astrophysical Journal. v. 693. p. 6-10. Marzo de 2009.

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