Imitando enanas blancas: científicos rompen récord al alcanzar la presión más alta en un laboratorio

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Imitando enanas blancas: científicos rompen récord al alcanzar la presión más alta en un laboratorio

Ilustración de una enana blanca en una cavidad en el NIF. (Mark Meamber y Clayton Dahlen/LLNL)

Un equipo internacional de científicos generó en laboratorio una presión de hasta 450 millones de veces la presión atmosférica al nivel del mar. De esta manera, con ayuda del sistema láser de mayor energía en el mundo, se establece un nuevo récord.

Los resultados son relevantes para estudiar las condiciones en los núcleos de los planetas gigantes, el interior de las enanas marrones, las envolturas de carbono de las enanas blancas, entre otros. Este nuevo logro podría ayudarnos a comprender mejor el efecto que tienen estas altas presiones en el comportamiento de estos cuerpos.

Los detalles del estudio, realizado principalmente por investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), se publicaron en Nature.

Enanas blancas

Una enana blanca es el resultado de la muerte de una estrella de masa menor a 10 masas solares. Se produce cuando una estrella agotó su combustible nuclear, empieza a inflarse hasta convertirse en gigante roja y expulsa grandes cantidades de materia al espacio. Mientras esto sucede, el núcleo colapsa en una enana blanca.

Sabemos que la mayoría de las estrellas en el universo terminarán su vida como una enana blanca, incluido nuestro Sol.

Estos objetos son bastante densos. Pueden tener hasta 1,5 veces la masa del Sol contenido en un volumen similar al tamaño de la Tierra. Solo algo llamado presión de degeneración de electrones evita que la estrella colapse bajo su propia gravedad.

Ecuaciones de estado

El comportamiento de estos cuerpos a presiones tan grandes se describe mediante las ecuaciones de estado (EOS). Sin embargo, existen algunos desacuerdos entre los científicos en relación a los modelos de EOS planteados.

Esto representa claramente un problema. Las enanas blancas deberían ser bastante predecibles ya que su luz solo proviene de calor residual, no de fusión. Con esto, por ejemplo, podríamos usar su velocidad de enfriamiento como una especie de reloj para confirmar la edad del universo.

La mayor presión de la historia

Esto es exactamente lo que el equipo intenta resolver. Utilizando el potente láser de la Instalación Nacional de Ignición (NIF), el equipo llevó a cabo experimentos en condiciones similares a una “DQ caliente”, un tipo de enana blanca que tiene una atmósfera compuesta de carbono. En comparación, las enanas blancas ordinarias suelen tener atmósferas de hidrógeno y helio.

«Las estrellas enanas blancas proporcionan pruebas importantes de modelos de física estelar, pero los modelos EOS en estas condiciones extremas no se han probado en gran medida», dijo la física Annie Kritcher del LLNL.

La investigación sometió a muestras de hidrocarburos sólidos a presiones que van desde 100 a 450 megabars (100 a 450 millones de veces la presión atmosférica al nivel del mar). Para tener una idea más clara, la presión en el núcleo de la Tierra es de 3,6 megabars.

El objetivo era determinar la EOS, la relación entre presión y comprensión, en la capa de convección de un DQ caliente.

Algunos de estos objetos también pulsan mientras giran, ocasionando variaciones observables de brillo. El análisis de estas variaciones “proporciona pruebas rigurosas de modelos de enanas blancas y una imagen detallada del resultado de las últimas etapas de la evolución estelar”, dijeron los investigadores.

Con las investigaciones del NIF podríamos tener más información sobre lo que ocurren dentro de estas enanas blancas. Hasta el momento, los resultados de los experimentos concuerdan con los modelos EOS que reconocen hasta qué punto las presiones extremas pueden eliminar electrones de la capa interna de sus átomos de carbono, disminuyendo la opacidad y aumentando la comprensibilidad del plasma ionizado.

En un futuro, estos datos pueden contribuir a mejorar los modelos de pulsaciones de estrellas DQ calientes y determinar qué ocurre en sus estructuras internas.

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