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“Estrellas fallidas” viejas conservan intactos sus depósitos de litio cósmico

Las “estrellas fallidas”, conocidas como enanas café o enanas marrones, son el eslabón natural que hay entre las estrellas y los planetas; son más masivas que Júpiter y que cualquier planeta, pero no lo suficiente para quemar hidrógeno, que viene a ser el combustible de las estrellas para brillar. Por eso estos objetos subestelares permanecieron invisibles hasta que la teoría despertó la curiosidad de los observadores, que los detectaron tres décadas después, a mediados de los noventa del siglo pasado. Son particularmente interesantes porque se predijo que algunos de estos objetos podrían preservar intacto el contenido de litio, el llamado “oro blanco” o “petróleo blanco” en algunos sectores de la sociedad por su rareza y relevancia para múltiples aplicaciones.

En los últimos veinte años, los astrónomos han detectado y dado el seguimiento oportuno a los movimientos orbitales de un puñado de binarias formadas por estrellas fallidas en la llamada vecindad solar. Han determinado así las masas dinámicas de las dos componentes usando las leyes de Kepler. En algunos de estos sistemas binarios la componente primaria tiene una masa suficiente para quemar litio, mientras que la secundaria podría no tenerla. En 2021 llegó la hora de buscar el litio en estos sistemas y poner a prueba los modelos teóricos.

Haciendo uso del instrumento OSIRIS, instalado en el Gran Telescopio de Canarias de 10.4-m (actualmente el mayor telescopio del mundo en el óptico e infrarrojo cercano), en la cima de la isla volcánica de La Palma, un equipo de investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC, Tenerife, España) y del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE, Puebla, México) realizaron entre febrero y agosto del año en curso observaciones espectroscópicas de alta sensibilidad de dos binarias cuyas componentes son enanas café. No detectaron litio en tres de estas estrellas fallidas, pero sí en Reid 1B, la más débil y fría de las cuatro. Este equipo de astrofísicos dio así con un hallazgo singular, un depósito de litio cósmico que nunca se destruirá, cuyo origen se remonta a un tiempo anterior a la formación del sistema al que pertenece Reid 1B. Es, de hecho, el objeto extrasolar más frío y débil donde se ha encontrado litio, en una cantidad 13 mil veces superior al que hay en la Tierra. Su edad es de 1100 millones de años, su masa dinámica 41 mayor que la de Júpiter (el planeta más grande del sistema solar), y se encuentra a 16.9 años luz de nosotros.

El equipo hispanomexicano ha determinado que la frontera entre los objetos que destruyen litio y los que lo conservan se encuentra en 51.5 veces la masa de Júpiter. La enana café Reid 1B alberga un depósito gigante de litio que nunca será destruido. Los planetas como Júpiter y la Tierra tampoco lo destruyen. Por contra, la compañera de Reid 1B, la también enana café Reid 1A, tiene una masa superior a la crítica y ya ha destruido todo su litio. El Sol también ha destruido todo el que había en su núcleo y tan sólo conserva algo de este ligero elemento en las capas más superficiales, que se van mezclando lentamente con el interior. Al igual que otras estrellas con planetas, el astro solar conserva apenas un uno por ciento del litio primordial. Este elemento fue producido en las reacciones nucleares que sucedieron al Big Bang y mayormente, a lo largo de la historia del universo, en explosiones estelares, por el impacto de los rayos cósmicos sobre la materia interestelar, en estrellas gigantes rojas, o en agujeros negros. Así enriquece el medio interestelar del que surgen otras estrellas y objetos subestelares.

Las observaciones de litio en enanas café permiten estimar sus masas con cierta precisión basándose en reacciones nucleares. Las masas termonucleares teóricas resultantes deberían ser consistentes con las masas dinámicas determinadas con menor incertidumbre del análisis orbital. Sin embargo, el equipo hispanomexicano ha encontrado que el litio se preserva hasta una masa dinámica que es un 10% menor que la predicha por los modelos teóricos más recientes. Esta discrepancia parece significativa y sugiere que algo se nos escapa todavía en nuestra comprensión teórica de las enanas café.

«Llevamos tres décadas siguiendo la pista del litio en las enanas marrones y por fin hemos podido determinar con precisión la frontera en masa entre su conservación y su destrucción y comparar con las predicciones teóricas. En la Vía Láctea hay miles de millones de enanas marrones, quizás tantas como estrellas. El litio que albergan las enanas marrones constituye el mayor depósito conocido de este valioso elemento en nuestra vecindad cósmica», asegura Eduardo Lorenzo Martín Guerrero de Escalante, profesor de investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas en el IAC y primer autor del artículo aceptado para publicación en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Carlos del Burgo Díaz, coautor del artículo e investigador del INAOE, un centro público de investigación de CONACYT, añade: «Las masas de las enanas café han solido estimarse a partir de modelos evolutivos teóricos. Las preciadas masas dinámicas permiten verificar o refutar tales estimaciones. Es un escenario de cooperación en el que las observaciones, cada vez más sensibles y afinadas, ayudan a mejorar la teoría». Finaliza diciendo: «El litio primordial se creó hace 13,800 millones de años junto al hidrógeno y el helio, como resultado de reacciones nucleares tras la Gran Explosión o Big Bang. Hoy se encuentra hasta cuatro veces más litio en el universo. Así que, aunque este ligero elemento se puede destruir, se crea más; por ejemplo, en eventos explosivos como novas y supernovas. Enanas café como Reid 1B lo pueden embalar y proteger, tal cual fuera un recóndito cofre del tesoro».

Artículo: “New constraints on the minimum mass for thermonuclear lithium burning in brown dwarfs”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; Martín, Eduardo L.; Lodieu, Nicolas; del Burgo, Carlos; octubre de 2021.

DOI: 10.1093/mnras/stab2969 

arXiv: arXiv:2110.11982 

Bibcode: 2021MNRAS.tmp.2787M 

Contactos:

Dr. Eduardo Martín Guerrero, ege@iac.es

Dr. Carlos del Burgo, cburgo@inaoep.mx

Animación en nota de prensa del IAC

Agradecimientos:

Se agradece a Gabriel Pérez Díaz del servicio multimedia del IAC la realización de la animación y la figura, esta última en colaboración con el Departamento de Imagen y Diseño del INAOE. Este trabajo se basa en datos obtenidos con el instrumento OSIRIS del Gran Telescopio de Canarias y ha sido financiado con fondos proporcionados por el Ministerio Español de Asuntos Económicos y Transformación Digital (MINECO) y por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del proyecto PID2019-109522GB-C53.