Un equipo de astrónomos, liderado por investigadores españoles y con participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y de la Universidad de La Laguna (ULL), ha descubierto que el núcleo de la nebulosa planetaria Henize 2-428 está formado no por una, sino por dos enanas blancas que, tras expulsar la corteza estelar en forma de nube de gas, se disponen a fundirse en un abrazo mortal. Dentro de 700 millones de años, estas estrellas inertes de masa parecida a la del Sol colisionarán la una con la otra, superando entonces la masa crítica por encima de la cual una enana blanca explota como supernova.

El descubrimiento confirma la posibilidad de formación de supernovas de tipo Ia a partir de la fusión de dos estrellas moribundas, hasta ahora una vía sólo contemplada en modelos teóricos. Este tipo de supernovas, además de ser uno de los eventos explosivos más energéticos, actúan como “medidores de distancias” y han sido una piedra angular en el descubrimiento de la expansión acelerada del Universo.

El secreto de Henize-2-428

 Las estrellas como nuestro Sol o unas pocas veces más masivas acaban sus días como nebulosas planetarias, expulsando al medio interestelar su propia corteza, una espectacular nube de gas que el núcleo inerte de la estrella ilumina durante varios miles de años. Este núcleo, que pasa a llamarse “enana blanca”, carece de reacciones nucleares y lo único que impide que la estrella colapse bajo su enorme gravedad es la presión que ejercen sus electrones, ahora arrancados de los átomos de los que formaban parte.

Sin embargo, es la nebulosa, una espectacular nube de gas de un año-luz de tamaño y dotada de un anillo central y dos lóbulos a la manera de un diábolo o reloj de arena, la que inicialmente atrajo la atención de los investigadores.

"Buscábamos responder a la cuestión, aún a debate, de cómo se forma una nebulosa bipolar a partir de una estrella que esencialmente es esférica", afirma Miguel Santander, del Observatorio Astronómico Nacional (OAN)/Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC) y primer autor del presente estudio. Según una hipótesis cada vez más popular, la presencia de una estrella compañera aportaría suficiente momento angular como para que la envoltura estelar fuera expulsada favoreciendo unas direcciones sobre otras y dando lugar a una nebulosa con un alto grado de simetría. El estudio de la variación periódica de la intensidad luminosa proveniente del núcleo de Henize 2-428 confirmó esta hipótesis revelando que el objeto central, en realidad, está formado por dos estrellas girando la una en torno a la otra a una velocidad tal que completan una órbita cada poco más de 4 horas.

Pero las variaciones luminosas escondían una sorpresa. "La forma de la curva de luz sugería que ambas estrellas (y no solo una de ellas, como es habitual en estos casos) se encuentran distorsionadas por el tirón gravitatorio de la compañera", afirma Pablo Rodríguez Gil, investigador del IAC/ULL y segundo autor del estudio. Además, los espectros  "indicaban que la estrella compañera sería una versión casi gemela de la principal".

El paso siguiente fue determinar las velocidades orbitales de ambas estrellas. Para medirlas de forma fiable, los investigadores tuvieron que recurrir a un telescopio de gran tamaño como el Gran Telescopio CANARIAS (GTC), en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma.

"Los datos de GTC, junto con los de la curva de luz, nos permitieron determinar las masas de ambas estrellas y su separación. Y aquí es donde vino la gran sorpresa", dice Romano Corradi, investigador del IAC y otro de los autores. Cada una de las estrellas tiene casi la masa del Sol y están lo suficientemente cerca la una de la otra como para que, de acuerdo con la Teoría de la Relatividad General, se aproximen en espiral debido a la emisión de ondas gravitatorias y se fundan en una sola dentro de 700 millones de años. Esta estrella resultante será tan masiva que ni siquiera la presión de degeneración de sus electrones será suficiente para detener el colapso y la subsiguiente explosión como supernova. "Hasta ahora, la formación de supernovas de tipo Ia mediante la fusión de dos enanas blancas era algo exclusivo de la teoría", explica David Jones, también investigador del IAC y coautor del artículo.

"Se trata de un sistema muy enigmático", concluye Santander, "que tendrá repercusiones en el estudio de las supernovas de tipo Ia, ampliamente utilizadas para medir distancias y gracias a las cuales se descubrió que el Universo se expande cada vez más rápido, debido a algo que hemos dado en llamar energía oscura".

Además de los espectros obtenidos con el instrumento OSIRIS en el GTC, también han sido de importancia para este estudio las observaciones realizadas con los telescopios William Herschel (WHT, de 4.2 metros), Isaac Newton (INT, de 2.5 metros) y Mercator (de 1.2 metros), todos instalados en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma, así como observaciones con el VLT (de 8.2 metros, en Chile) y el South African Astronomical Observatory (SAAO, de 1 metro, en Sudáfrica).

MÁS INFORMACIÓN

Artículo científico: “The double-degenerate, super-Chandrasekhar nucleus of the planetary nebula Henize 2-428”, M. Santander-García et al., 2015, que aparecerá en la publicación online de la revista Nature el 9 de febrero de 2015. DOI: 10.1038/nature14124.

Nota de prensa del ESO: "Stellar Partnership Doomed to End in Catastrophe"

Animación: Impresión artística de dos enanas blancas fundiéndose en una y creando una supernova de tipo Ia. Créditos: ESO/L. Calçada

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Miguel Santander: m.santander [at] oan.es (m[dot]santander[at]oan[dot]es), teléfono: 670243627

Pablo Rodríguez Gil: prguez [at] iac.es (prguez[at]iac[dot]es)

Romano Corradi: rcorradi [at] iac.es (rcorradi[at]iac[dot]es), teléfono: 647234968

David Jones: djones [at] iac.es (djones[at]iac[dot]es), teléfono: 638982356