Les estrelles nanes blanques: laboratoris avançats de física: memòria llegida per l'acadèmic electe Dr. Jordi Isern i Vilaboy

• Jordi Isern i Vilaboy ^[1]
  1. [1] Reial Acadèmia de Ciències i Arts de Barcelona
• Localización: Memorias de la Real Academia de Ciencias y Artes de Barcelona, ISSN 0368-8283, Vol. 66, Núm. 9, 1046, 2017 (Ejemplar dedicado a: Les Estrelles nanes blanques), págs. 3-57
• Idioma: catalán
• Texto completo no disponible (Saber más ...)
• Resumen
  • español

    Las estrellas enanas blancas proporcionan un buen ejemplo de objetos que han permitido, y todavía permiten, ampliar las fronteras del conocimiento humano. Intuidas por Bessel en el año 1844, no fueron descubiertas hasta el año 1862 por Alvan Clark, y fue preciso esperar al desarrollo de las estadísticas cuánticas para entender su verdadera naturaleza. El carácter extremo de sus propiedades físicas (densidades elevadas, temperaturas bajas y fuerte degeneración electrónica) las han convertido en el escenario preferido para explicar todo tipo de fenómenos explosivos (supernovas, novas, variables cataclísmicas...), mientras que sus propiedades evolutivas, un simple proceso de enfriamiento, las han convertido en una herramienta imprescindible para hacer «paleontología» galáctica (determinación de la edad de la Galaxia i de los cúmulos estelares, evolución del entorno del Sol...). Recientemente, tal como se ha explicado a lo largo de esta memoria, la estrecha relación entre la pendiente de la función de luminosidad y el balance de pérdidas y ganancias de energía ha permitido utilizarlas como una especie de calorímetro situado en el entorno solar capaz de detectar los intercambios de energía provocados por nuevas e hipotéticas interacciones físicas.

    Tanto la pendiente de la función de luminosidad como las medidas de la deriva secular de los periodos de pulsación de las enanas blancas sugieren un enfriamiento anómalo de estas estrellas. La existencia de los axiones, con unas propiedades muy bien definidas, podrían proporcionar una explicación sencilla y elegante de esta anomalía, lo que al mismo tiempo podría tener importantes consecuencias para nuestra comprensión del Cosmos y de las propiedades de las estrellas. Un aspecto interesante de esta hipótesis es que el futuro detector de axiones que se está gestando en el CERN podría confirmar su existencia si su masa es superior a los 3 meV.

    Finalmente, es preciso señalar que las diferentes extensiones del modelo estándar predicen la existencia de nuevas partículas de pequeña masa, por debajo del electrón-volt, que interactuarían muy débilmente con la materia y que podrían ponerse de manifiesto durante el proceso de enfriamiento de las enanas blancas, convirtiendo a estas estrellas en excelentes laboratorios para explorar nuevas leyes de la física.

  • English

    White dwarf stars provide a good example of objects that have enlarged, and are still enlarging, the frontiers of the human knowledge. Intuited by Bessel in 1844, they were only discovered in 1862, and it has been necessary to wait for the development of quantum statistics to understand their true nature. The extreme character of their physical properties (high densities, low temperatures and strong electron degeneracy) have made them the preferred scenario to account for any kind of explosive phenomena (superno-vae, novae, cataclysmic variables...), while their evolutionary properties, a simple cooling process, have made them a unique tool to perform galactic «paleontology» (determination of the age of the Galaxy and stellar clusters, evolution of the Solar neighborhood...). Recently, as it has been written in this Memory, the close relationship between the slope of the luminosity function and the balance between energy gains and losses allows to use them as some kind of calorimeter, placed around the Sun, able to detect any exchange of energy caused by any hypothetical new physical interaction.

    Both, the slope of the luminosity function and the secular drift of the period of pulsation of white dwarfs, suggest an anomalous cooling of such stars. The existence of axions, with very well defined properties, could provide a simple and elegant explanation of such anomaly. That, at the same time, could have deep consequences on our comprehension of the Cosmos and of the properties of stars. An interesting aspect of this hypothesis is that it could be tested with the future CERN helio-axioscope if they exist and have a mass larger than 3 meV.

    Finally, it is worth to notice that the different extensions of the standard model predict the existence of new sub-eV particles that would interact very weakly with matter and that could be detected thanks to the anomalies introduced in the cooling of white dwarfs, converting them into excellent laboratories for exploring new Physics.

  • català

    Les estrelles nanes blanques proporcionen un bon exemple d’objectes que han permès, i permeten, eixamplar les fronteres del coneixement humà. Intuïdes per Bessel l’any 1844, no van ser descobertes fins l’any 1862 per Alvan Clark, i va ser necessari esperar el desenvolupament de les estadístiques quàntiques per entendre’n la veritable naturalesa. El caràcter extrem de les seves propietats físiques (densitats elevades, temperatures baixes i forta degeneració electrònica) les han convertit en l’escenari preferit per explicar tota mena de fenòmens explosius (supernoves, noves, variables cataclísmiques...), mentre que les seves propietats evolutives, un simple procés de refredament, les han convertit en una eina imprescindible per fer «paleontologia» galàctica (determinació de l’edat de la Galàxia i dels cúmuls estel·lars, evolució de l’entorn del Sol...). Recentment, tal com s’ha explicat al llarg d’aquesta memòria, l’estreta relació entre el pendent de la funció de lluminositat i el balanç entre pèrdues i guanys d’energia permet imaginar-les com una espècie de calorímetre situat a l’entorn del Sol capaç de posar de manifest els intercanvis d’energia provocats per noves i hipotètiques interaccions físiques.

    Tant el pendent de la funció de lluminositat com les mesures de la deriva secular dels períodes de pulsació de les nanes blanques suggereixen un refredament anòmal d’aquestes estrelles. L’existència dels axions, amb unes propietats molt ben definides, podrien proporcionar una explicació senzilla i elegant d’aquesta anomalia, la qual cosa, al mateix temps, podria tenir importants conseqüències sobre la nostra comprensió del Cosmos i les propietats de les estrelles. Un aspecte interessant d’aquesta hipòtesi és que el futur detector d’axions solars que s’està gestant al CERN podria confirmar l’existència dels axions, si la seva massa és superior als 3 meV.

    Finalment, cal fer notar que les diferents extensions del model estàndard prediuen l’existència de noves partícules de massa petita, per sota de l’electró-volt, que interactuarien molt feblement amb la matèria i que es podrien posar de manifest a través del procés de refredament de les nanes blanques, convertint aquestes estrelles en excel·lents laboratoris per explorar noves lleis de la física.