Por primera vez en el caso de las enanas blancas, los núcleos quemados de las estrellas muertas, los astrónomos han descubierto que al menos un miembro de esta familia cósmica tiene dos caras. Un lado de la enana blanca está compuesto de hidrógeno, mientras que el otro está formado por helio.

« La superficie de la enana blanca cambia completamente de un lado a otro », dice Ilaria Caiazzo, becaria postdoctoral en Caltech que dirige un nuevo estudio sobre los hallazgos en la revista Nature. « Cuando muestro las observaciones a la gente, quedan impresionados ».

Las enanas blancas son los restos hirvientes de estrellas que alguna vez fueron como nuestro sol. A medida que las estrellas envejecen, se hinchan hasta convertirse en gigantes rojas; eventualmente, su material exterior esponjoso es expulsado y sus núcleos se contraen en enanas blancas densas y ardientes. Nuestro sol se convertirá en una enana blanca en unos 5 mil millones de años.

La enana blanca recién descubierta, apodada Janus por el dios romano de transición de dos caras, fue descubierta inicialmente por Zwicky Transient Facility (ZTF), un instrumento que escanea los cielos todas las noches desde el Observatorio Palomar de Caltech cerca de San Diego. Caiazzo había estado buscando enanas blancas altamente magnetizadas, como el objeto conocido como ZTF J1901+1458, que ella y su equipo encontraron previamente usando ZTF. Un objeto candidato se destacó por sus rápidos cambios de brillo, por lo que Caiazzo decidió investigar más a fondo con el instrumento CHIMERA en Palomar, así como con HiPERCAM en el Gran Telescopio Canarias en las Islas Canarias de España. Esos datos confirmaron que Janus gira sobre su eje cada 15 minutos.

Las observaciones posteriores realizadas con el Observatorio WM Keck en la cima de Maunakea en Hawái revelaron la dramática naturaleza de dos caras de la enana blanca. El equipo utilizó un instrumento llamado espectrómetro para difundir la luz de la enana blanca en un arco iris de longitudes de onda que contienen huellas dactilares químicas. Los datos revelaron la presencia de hidrógeno cuando un lado del objeto estaba a la vista (sin signos de helio), y solo helio cuando el otro lado estaba a la vista.

¿Qué causaría que una enana blanca flotando sola en el espacio tuviera caras tan drásticamente diferentes? El equipo reconoce que están desconcertados, pero han presentado algunas teorías posibles. Una idea es que podemos estar presenciando a Janus atravesando una rara fase de evolución de enana blanca.

« No todas, pero algunas enanas blancas pasan de estar dominadas por hidrógeno a helio en su superficie », explica Caiazzo. « Es posible que hayamos atrapado a una de esas enanas blancas en el acto ».

Después de que se forman las enanas blancas, sus elementos más pesados ​​se hunden en sus núcleos y sus elementos más livianos (el hidrógeno es el más liviano de todos) flotan hacia la parte superior. Pero con el tiempo, a medida que las enanas blancas se enfrían, se cree que los materiales se mezclan. En algunos casos, el hidrógeno se mezcla en el interior y se diluye de tal manera que el helio se vuelve más frecuente. Janus puede encarnar esta fase de transición, pero una pregunta apremiante es: ¿por qué ocurre la transición de una manera tan inconexa, con un lado evolucionando antes que el otro?

La respuesta, según el equipo científico, puede estar en los campos magnéticos.

« Los campos magnéticos alrededor de los cuerpos cósmicos tienden a ser asimétricos o más fuertes en un lado », explica Caiazzo. « Los campos magnéticos pueden evitar la mezcla de materiales. Entonces, si el campo magnético es más fuerte en un lado, ese lado tendrá menos mezcla y, por lo tanto, más hidrógeno ».

Otra teoría propuesta por el equipo para explicar las dos caras también depende de los campos magnéticos. Pero en este escenario, se cree que los campos cambian la presión y la densidad de los gases atmosféricos.

« Los campos magnéticos pueden conducir a presiones de gas más bajas en la atmósfera, y esto puede permitir que se forme un ‘océano’ de hidrógeno donde los campos magnéticos son más fuertes », dice el coautor James Fuller, profesor de astrofísica teórica en Caltech. « No sabemos cuál de estas teorías es correcta, pero no podemos pensar en ninguna otra forma de explicar los lados asimétricos sin campos magnéticos ».

Para ayudar a resolver el misterio, el equipo espera encontrar más enanas blancas similares a Janus con el estudio del cielo de ZTF. « ZTF es muy bueno para encontrar objetos extraños », dice Caiazzo. Estudios futuros, como los que realizará el Observatorio Vera C. Rubin en Chile, dice, deberían facilitar aún más la búsqueda de enanas blancas variables.

El estudio, titulado « Una enana blanca giratoria muestra diferentes composiciones en sus caras opuestas », fue financiado por el Instituto Walter Burke de Física Teórica de Caltech, el Consejo Europeo de Investigación, The Leverhulme Trust y el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido.

Las observaciones del Observatorio Neils Gehrels Swift de la NASA, renombrado en honor a Gehrels, un alumno de Caltech (PhD ’82) que falleció en 2017, también se utilizaron en el estudio para ayudar a reducir la temperatura del objeto a unos abrasadores 35,000 Kelvin (aproximadamente 35,000 grados Celsius).

El ZTF de Caltech está financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y una colaboración internacional de socios. El apoyo adicional proviene de la Fundación Heising-Simons y de Caltech. Los datos ZTF son procesados ​​y archivados por IPAC, un centro científico y de datos para astronomía en Caltech. La NASA apoya la búsqueda de ZTF de objetos cercanos a la Tierra a través del programa de Observaciones de Objetos Cercanos a la Tierra.