Descubren una antigua enana marrón que conserva intactos sus depósitos de litio

Comparativa entre diferentes objetos donde se aprecia los distintos niveles de conservación y destrucción de litio. Crédito: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) *Pie de foto completo al final del texto

Un equipo de investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), ha descubierto litio en la enana marrón más antigua y fría donde hasta ahora se ha podido constatar la presencia de este valioso elemento. Este objeto subestelar, denominado Reid 1B, conserva intacto el deposito más primigenio conocido de litio en nuestra vecindad cósmica, cuyo origen se remonta a un tiempo anterior a la formación del sistema binario al que pertenece. El descubrimiento se ha realizado utilizando el instrumento OSIRIS, instalado en el Gran Telescopio Canarias, en el Observatorio del Roque de lo Muchachos (Garafía, La Palma). El estudio ha sido publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Las enanas marrones, también conocidas como enanas café o estrellas fallidas, son el eslabón natural que hay entre las estrellas y los planetas; son más masivas que Júpiter, pero no lo suficiente para quemar hidrógeno, que es el combustible que utilizan las estrellas para brillar. Por eso estos objetos subestelares permanecieron invisibles hasta que los observadores los detectaron a mediados de los años noventa del siglo pasado. Son particularmente interesantes porque se predijo que algunos de estos objetos podrían preservar intacto el contenido de litio, el llamado “petróleo blanco” por su rareza y relevancia para múltiples aplicaciones.

En los últimos veinte años los astrónomos han detectado y seguido los movimientos orbitales de algunas binarias formadas por enanas marrones en la llamada vecindad solar. Han determinado así las masas dinámicas de los dos componentes usando las leyes de Kepler, fórmulas matemáticas enunciadas en el siglo XVII por Johannes Kepler para describir el movimiento de cuerpos astronómicos que se encuentran en mutua influencia gravitatoria, como el sistema formado por la Tierra y el Sol. En algunos de estos sistemas binarios la componente primaria tiene una masa suficiente para quemar litio, mientras que la secundaria podría no tenerla. Sin embargo, no se había puesto a prueba los modelos teóricos hasta ahora.

Haciendo uso del instrumento OSIRIS, instalado en el Gran Telescopio Canarias (GTC o Grantecan), actualmente el mayor telescopio óptico e infrarrojo del mundo, situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (ORM), un equipo de investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) realizaron, entre febrero y agosto de este año, observaciones espectroscópicas de alta sensibilidad de dos binarias cuyas componentes son enanas marrones.

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 destruye, 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. Con una edad de 1.100 millones de años y una masa dinámica 41 mayor que la de Júpiter, el planeta más grande del sistema solar, este objeto se encuentra a 16,9 años luz de nosotros.

Un recóndito cofre del tesoro

Las observaciones de litio en enanas marrones 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, los investigadores han 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 marrones.

Llevamos tres décadas siguiendo la pista del litio en las enanas marrones – explica Eduardo Lorenzo Martín Guerrero de Escalante, profesor de investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el IAC y primer autor del artículo– y por fin hemos podido determinar con precisión la frontera en masa entre su conservación y su destrucción y comparar con las predicciones teóricas”. Y añade: “Hay miles de millones de enanas marrones en la Vía Láctea. El litio que albergan las enanas marrones constituyen el mayor depósito conocido de este valioso elemento en nuestra vecindad cósmica”.

Carlos del Burgo Díaz, coautor del artículo e investigador del INAOE, un centro público de investigación de CONACYT, señala que “aunque el litio primordial se creó hace 13,800 millones de años junto al hidrógeno y el helio, como resultado de reacciones nucleares tras el Big Bang, hoy se encuentra hasta cuatro veces más litio en el Universo”. Según el investigador, “si bien este ligero elemento se puede destruir, también se crea más, por ejemplo, en eventos explosivos como novas y supernovas, por lo que enanas café como Reid 1B lo pueden embalar y proteger, tal cual fuera un recóndito cofre del tesoro”.

Este trabajo 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.

El Gran Telescopio Canarias y los Observatorios del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) forman parte de la red de Infraestructuras Científicas y Técnicas Singulares (ICTS) de España.

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 [at] iac.es ()
Dr. Carlos del Burgo, cburgo [at] inaoep.mx ()

*Pie de imagen: Los investigadores han 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 marrón Reid 1B constituye un depósito gigante de litio que nunca será destruido. Los planetas como Júpiter y la Tierra tampoco lo destruyen. Sin embargo, la enana marrón Reid 1A ha destruido todo su litio, así como el Sol que tan sólo conserva una pequeña parte de este elemento en sus capas más superficiales, que se van mezclando lentamente con el interior. Crédito: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)

Animación: Las masas dinámicas de los sistemas binarios se miden con precisión haciendo un seguimiento de su movimiento orbital y aplicando las leyes de Kepler. Estas masas deberían coincidir exactamente con las masas que se obtienen a partir de las reacciones nucleares que tienen lugar en las componentes de estos sistemas. Sin embargo, cuando se comparan las masas dinámicas con las nucleares, la balanza se inclina de este lado, lo cual implica que hay que realizar cambios para obtener un equilibrio y ahondar así en nuestro conocimiento de las propiedades de estos objetos subestelares. Crédito: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)

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GTC
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Ø 1040.00 cm