Doctores Leandro Althaus y Alejandro Córsico. Fotografía: Guillermo E. Sierra.El siguiente artículo fue publicado en el Boletín 292, del 14 de mayo de 2010, de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas, Universidad Nacional de La Plata
Entrevistas y redacción de textos: Per. Alejandra Sofía.
Fotografías: Guillermo E. Sierra.
Editor responsable: Lic. Rodolfo Vallverdú
Webmaster y corrección de textos: Dr. Edgard Giorgi.
Entrevista
"Relojes cósmicos" en las manos de científicos argentinos y españoles se destacan en publicación internacional.
Por Alejandra Sofía
En la última edición de la revista científica "Nature" investigadores de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de La Plata junto a colegas de la Universidad Politécnica de Cataluña, España, dan visibilidad a un trabajo en donde la observación y el modelado numérico ayudan a limar incertezas hasta ahora "molestas" que daban una menor edad a estrellas "más viejas" ubicadas en un cúmulo estelar. Una cuestión de procesos evolutivos donde las estrellas conocidas como enanas blancas son guías que aportan información útil.
Este trabajo arrojó luz sobre esa diferencia de edades que observaban en un cúmulo estelar -una agrupación de estrellas- y revitaliza la excelente capacidad de las enanas blancas cuando se las necesita para datar la historia misma de las estrellas, galaxias y el Universo.
Para ello, tomaron de referencia a esas estrellas que están al final de sus vidas; "diamantes" que los Dres. Leandro Althaus y Alejandro Córsico gustan pulir con su trabajo.
Todo es muy reciente, la publicación como un "Letter" de la Revista "Nature" vio la luz este jueves 13 de mayo pero ambos astrónomos de la Universidad platense vienen trabajando sobre el tema desde hace años -algo natural en la ciencia y sus ritmos- y lo hacen no sólo dentro del Grupo de Evolución Estelar y Pulsaciones en la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de Universidad de La Plata, sino también con colegas liderados por el Dr. Enrique García Berro y que investigan en la Escuela Politécnica Superior de Castelldefels de la Universidad Politécnica de Cataluña.
Antes de ir a la entrevista
Enanas Blancas: Final más común de las estrellas - objetos del universo muy antiguos - baja luminosidad - relojes cósmicos - contienen información de sus "progenitores".
En esta oportunidad el trabajo que da motivo a la entrevista tiene que ver con muchas enanas blancas cuyos colores y brillos indican que ¡son más antiguas de lo que deberían!
-Hemos conversado sobre enanas blancas en otras entrevistas. Ahora retomamos el tema porque un trabajo suyo fue aceptado y publicado en "Nature". ¿Cómo ha sido esta colaboración con los españoles y qué nos dicen ahora sobre las enanas blancas?
Althaus: Hace unos años que venimos trabajando con el grupo de la Universidad Politécnica de Cataluña para estudiar el problema de formación y evolución de enanas blancas, el final más común en evolución estelar. Las enanas blancas son objetos muy antiguos que llevan información sobre la historia misma de la galaxia y las estrellas individuales y dado que su evolución se conoce bastante bien, tiene aplicaciones en distintos ámbitos como lo que hace Alejandro (Córsico) en astrosismología, esa rama de la astronomía que permite determinar propiedades de estas estrellas y también la de sus progenitores y de las poblaciones estelares donde se encuentran a partir de sus pulsaciones.
Y ese es el interés que tienen estas estrellas, porque como los procesos evolutivos se conocen relativamente bien, uno puede determinar edades no sólo de ellas sino de las poblaciones en la que se encuentran.
-De toda la zona
Althaus: Claro, muchas veces se encuentran en cúmulos estelares, entonces, midiendo de algún modo el tiempo de enfriamiento, uno puede decir cuál es la edad de la población estelar en cuestión.
-El gran soporte son las enanas blancas
Althaus: Exactamente y es porque son muy antiguas y su evolución se conoce relativamente bien, son como relojes cósmicos bastante precisos. Por eso nuestro Grupo se embarcó en estudiar estos procesos de evolución de enanas blancas y desarrollar nuevos modelos evolutivos que incorporen los ingredientes físicos más modernos.
-¿Por qué están hoy en "Nature"?
Entre la observación y los modelados teóricos pudimos resolver una diferencia de edades en las estrellas de un cúmulo estelar. Hay uno que es particularmente importante y que usamos en el trabajo que hicimos: se llama NGC 6791, es un cúmulo que es bien conocido porque está bastante cerca, gracias al telescopio espacial Hubble se ha podido observar con mucho detalle y elaborar diagramas color-magnitud muy precisos, no sólo de sus estrellas más brillantes (ubicadas en lo que los astrónomos denominan Secuencia Principal) sino de la población de enanas blancas.
Córsico: Ese cúmulo está tan cerca que se pudo observar incluso a las enanas blancas más débiles del mismo. Se han detectado prácticamente todas las enanas blancas del cúmulo.
Althaus: Y en ese cúmulo había un problema fundamental que es la discrepancia de edad, es decir, la edad que tienen los astrónomos a partir de las estrellas en la secuencia principal son de unos 8.000 millones de años, bastante más alta que la edad que se obtiene de las enanas blancas con los cálculos estándar que les daban una edad de 6000 millones de años.
-Entonces?
Althaus: Es un problema que tiene varios años sin resolver, desde el año 2004 aproximadamente. Son 2000 millones de años de diferencia. El problema está bien estudiado y dicha discrepancia no puede atribuirse al método de secuencia principal, el cual es robusto al igual que los datos observacionales, entonces había un problema con los modelos de enanas blancas.
Por eso hicimos los modelos, calculamos otros aspectos evolutivos y el Grupo de España calculó qué función de luminosidad salía y qué edad. Con los nuevos modelos daba exactamente la misma edad que se obtiene con la observación de la secuencia principal. Desaparecía esa "diferencia".
Está en relación con los nuevos modelos evolutivos, específicamente lo que hemos demostrado es que existen procesos físicos de separación en las enanas blancas que afectan bastante la energética de las estrellas y eso impacta en los tiempos de evolución.
Córsico: Esta es la primera vez que los modelos de enanas blancas incorporan todos estos fenómenos de energía extra que hace que la estrella retarde su enfriamiento, como se ve reflejado en la observación.
-¿A qué te referis con procesos de separación y el tiempo de evolución?
Althaus: Me refiero a que cuando las enanas blancas son muy frías y empiezan a cristalizarse en su interior, existen cambios en la composición química: hay una redistribución química que es producida precisamente por la cristalización. Sumado a ese proceso existe una lenta difusión del neón 22, el principal residuo que queda de la quema de helio que ocurrió en el progenitor. Ese elemento tiene un exceso en el número excesivamente alto de neutrones que hace que se difunda muy, muy lentamente en el centro de la estrella.
Córsico: El neón 22 va cayendo al centro de la enana blanca, con el neón 20 no ocurre eso porque tiene igual cantidad de neutrones y protones, pero el neón 22 es más pesado y va cayendo lentamente hacia el interior de la estrella y eso involucra liberación de energía.
Althaus: Por eso se habla de procesos de separación, procesos químicos que ocurren dentro de las enanas blancas y que liberan energía gravitacional.
Córsico: es una fuente extra de energía
Althaus: Teóricamente se sabía que existía, había evidencias teóricas pero nunca había sido demostrado que eso realmente ocurría en una enana blanca.
-Si no entendí mal, la enana blanca viene enfriándose, con este proceso de separación que antes estaba postulado, ahora demostrado y dicen: si en 10 años más la enana blanca iba a "apagarse", ahora tardará doce años
Althaus: ¡Exacto! Esa es la idea, retarda el enfriamiento.
-O sea, cerró el número cuando tuvieron en cuenta el proceso de separación que ocurre con los elementos químicos que hay dentro de una enana blanca
Córsico: Podes leerlo como que resolviste el problema de la edad o verlo del otro lado y decir que demostraste el proceso de separación física, que creo que es lo más importante.
-Ambas cosas sirven pero es más fuerte esto último
Althaus: El trabajo apunta no sólo a resolver la discrepancia de la edad sino a mostrar que estos procesos existen y que el conocimiento que tenemos de la física de plasmas densos está bien. Esto permite establecer que las enanas blancas son relojes cósmicos precisos que sirven para datar poblaciones estelares.
-Sobre el tema de la cristalización, si lo tuvieran que graficar ¿veríamos realmente un cristal?
Althaus: Claro, a veces hablan de las enanas blancas como diamantes gigantes porque su estructura resulta de interacciones que ocurren entre las partículas que le dan una estructura cristalina que va creciendo a medida que la estrella va evolucionando, hasta que llega un punto en que el 99% de la estrella es un cristal, un cristal de carbono, es decir, es un diamante que brilla.
-Dada la luminosidad vas infiriendo lo que va sucediendo más cerca del corazón de la estrella
Althaus: Claro, con el telescopio Hubble podes determinar cuál es el color y el brillo, la magnitud absoluta de la estrella y con ello podes hacer conteo de cuantas estrellas enanas blancas hay a determinado brillo, y con los modelos teóricos evolutivos podés predecir el número de enanas blancas
-¿Cuántas hay?
Althaus: El cúmulo tiene aproximadamente 3000 estrellas y el número de enanas blancas es de más de 500.
Córsico: Lo bueno es que se detectan todas las enanas blancas, las más brillantes y más débiles, en otros cúmulos generalmente no las podés detectar.
Althaus: Sí, porque es un cúmulo muy viejo y entonces les da tiempo a la mayoría para evolucionar, en especial detectas la acumulación de enanas blancas a bajas luminosidades que te permiten calcular la edad del cúmulo.
-En lo observacional ¿hubo algún otro aporte instrumental desde Tierra?
Althaus: Básicamente se utilizó el telescopio espacial Hubble porque en los cúmulos las estrellas están muy apiñadas, entonces para diferenciarlas se necesita alta resolución.
Córsico: En el modelado empleamos miles de modelos de distintas masas, no sólo con estos ingredientes novedosos sino que todo el resto de ingredientes físicos de estos modelos, sin exagerar, son lo más actualizado que hay.
Althaus: Hemos tenido cuidado de incorporar los ingredientes detallados que importan para simular la evolución.
-A veces se escucha y observa en otras áreas de la astronomía una distancia enorme entre la teoría y la observación, acá parece que esta todo ha sido muy ajustado
Althaus: Así es y es precisamente lo que le confiere robustez al resultado, porque desde el punto de vista observacional no podría ser mejor, se lo estudió en numerosas ocasiones. El grupo de Cataluña trabaja fuertemente con la función de luminosidad, lo novedoso es el agregado que le pones en la física.
Nosotros nos ocupamos de los modelos del cálculo evolutivo y ellos toman esos modelos y determinan la función de luminosidad y la edad que sale.
-¿Cómo harían publicidad de este trabajo ante un grupo de adolescentes?
(Dudan y van construyendo la frase) Althaus y Córsico: Primera demostración de la ocurrencia de procesos energéticos en enanas blancas que va a permitir obtener edades precisas de poblaciones estelares, incluida nuestra galaxia. Esto abre un camino para profundizar el conocimiento del origen del universo.
-Mmm?
Althaus: Es la demostración de procesos físicos que ocurren en la naturaleza y que no se pueden demostrar en laboratorios terrestres porque no podes reproducir las condiciones que hay en las enanas blancas; entonces las enanas blancas definitivamente son laboratorios cósmicos que permiten corroborar teorías y procesos físicos que los físicos suponen. Son procesos que ocurren a densidades astronómicas.
Para darte un ejemplo: una de las primeras demostraciones de la validez de la teoría de la mecánica cuántica a principios del siglo XX fue hecha a través del estudio de las enanas blancas.
Córsico: La teoría de la cristalización fue propuesta hace más 40 años y esta es una demostración de su validez.
Althaus: Esas teorías se van basando en peldaños que se suponen que son ciertos y uno puede demostrar que están bien...
Córsico: Y acá lo obtenés a través del "laboratorio" que brindan las enanas blancas a través observaciones muy precisas y modelos muy buenos.
-¿Cómo fue el proceso hasta llegar al 13 de mayo con su trabajo publicado en la revista "Nature"?
Althaus: En diciembre de 2009 lo presentamos, primero lo aceptó el editor que es el primer filtro y luego lo envió a dos referees; el primero dijo que era un trabajo muy importante y el segundo dijo que teníamos que ser más rígidos en la demostración del resultado porque es un resultado importante y debíamos convencer que lo que estábamos haciendo estaba bien. Ser estricto con los errores posibles.
Entonces tuvimos que hacer un trabajo estadístico de los errores y cómo repercutían en los resultados. Eso nos llevó tres meses donde nos dimos cuenta que era muy robusto el resultado.
Córsico: Esto nos ayudó a mejorar el resultado. El editor estuvo de acuerdo con lo de resultados robustos.
- ¿Y que sea "Letter"?
Córsico: Vos realmente estás demostrando un resultado muy novedoso, algo que merece ser publicado ya; corto, conciso.
-¿Cómo sigue el trabajo luego de esta publicación?
Althaus: En el campo de investigación nos obliga a tener modelos que tengan este detalle. Ahora hay que aplicar esta investigación a otros sistemas estelares y comprobar que sirve para predecir las edades en forma correcta.
Córsico: Lo ideal sería encontrar otro cúmulo con la misma discrepancia y aplicar este modelo.
Córsico: Hace unos años no se detectaban enanas blancas en cúmulos; todas las enanas blancas que veías estaban cercanas al Sol, pertenecían al disco galáctico, porque son estrellas débiles y los cúmulos, en general están lejos.
Nuestro descubrimiento aporta en el sentido de que vas a tener modelos precisos evolutivos que te van a dar edades muy confiables y eso implica determinar distancias confiables.
Tener distancias y edades de los cúmulos globulares es el primer peldaño para determinar las edades cosmológicas: la edad del Universo, de las galaxias.
-¿Cuándo empezó esta colaboración con Cataluña?
Córsico: A partir del año 2001. En enanas blancas ellos trabajan a nivel estadístico con poblaciones, utilizan "tracks" (recorridos, secuencias evolutivas, diagrama HR, diagrama de gravedad, temperatura) que calcula otra gente y pueden derivar funciones de luminosidad que después comparan con las observaciones.
-Esto sirve también a otros campos de la astronomía
Althaus: sí, por ejemplo a la cosmología y cuestiones que tienen que ver con la edad de las galaxias y el universo. Estas estrellas son las más numerosas que hay y como pierden masa, a partir de esa masa que pierden se forman planetas y se producen los elementos que forman la vida; son objetos que tienen un campo de aplicación grande.
Más detalles sobre conceptos no familiares
-¿Neón 22?
Althaus: Son dos procesos, uno que se conoce como separación de fase del carbono y oxígeno cuando la enana blanca empieza a cristalizar: el carbono y el oxígeno del núcleo sufren una redistribución. Esa redistribución química libera energía gravitacional; es una fuente de energía, algo que va a utilizar la estrella para brillar y por ende va a vivir más a expensas de esa energía.
El otro proceso es el de neón 22: hay un desbalance entre lo que es la gravedad y las fuerzas eléctricas que provoca que ese elemento se difunda. La gravedad "gana" por ese exceso de neutrones y el neón 22 se va a acumular en el interior. Son dos procesos que en conjunto hacen que la estrella tenga otra fuente extra de energía.
-Le da un motorcito para vivir
Althaus: Sí, hace que las enanas blancas que uno está observado sean en realidad más viejas.
Córsico: El enfriamiento de las enanas blancas se da por la liberación lenta del calor que acumularon en su vida previa. Sería en primer orden la fuente de energía por la cual brillan, porque las reacciones nucleares a esa altura de sus vidas son irrelevantes. Entonces una fuente extra de energía es significativa.
-¿Esto le sucede a todas la enanas blancas del cúmulo?
Althaus: Le sucede a las menos luminosas.
-Hablaron sobre el "progenitor", estas enanas blancas contienen datos en su estructura interna acerca de dónde se formaron?
Casi el 97% de todas las estrellas, incluido nuestro Sol, terminarán como enanas blancas. Determinando la masa, composición química y edad de las enanas blancas podemos inferir información sobre los procesos evolutivos de las estrellas desde su nacimiento hasta su muerte.
El trabajo motivo de la entrevista fue publicado en: Nature 465: 194-196, 13 Mayo de 2010.
Fuente:
Boletín 292. 14 de mayo de 2010.
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