El confinamiento magnético del plasma acretado es un mecanismo común en objetos compactos, pero hasta ahora se había estudiado en detalle casi exclusivamente en estrellas de neutrones. Las enanas blancas en sistemas binarios cercanos, como las polares y las polares intermedias, también dirigen materia hacia los polos magnéticos, creando columnas de acreción localizadas. Observaciones recientes de micronovas en enanas blancas fuertemente magnetizadas confirmaron que la combustión termonuclear puede ocurrir en regiones limitadas cerca de los polos. Sin embargo, la cuestión de si las enanas blancas pueden sostener grandes estructuras magnéticamente soportadas seguía abierta. Este trabajo traslada el formalismo desarrollado para estrellas de neutrones a las condiciones físicas de las enanas blancas.
Los autores resuelven la ecuación de Grad-Shafranov para una configuración de equilibrio axisimétrica con una ecuación de estado isotérmica. Se aplica un esquema iterativo autoconsistente en el que la función fuente se determina a partir de la condición de flujo magnético congelado: la masa no cruza las superficies magnéticas. Se utiliza una malla de 256×256 con refinamiento logarítmico cerca de la superficie. A diferencia del método tradicional de sobre-relajación secuencial, la ecuación se resuelve con el solver directo de matrices dispersas UMFPACK. Para encontrar la masa máxima retenible se emplea una búsqueda binaria con verificación de convergencia mediante el residuo y el error de masa. Los parámetros varían en los rangos: campo magnético de 10^5 a 3×10^8 G, temperatura de 2×10^4 a 10^7 K.
Para parámetros típicos (M=0.8 M⊙, R=7×10^8 cm, B=5×10^7 G, T=1.59×10^5 K), una montaña de masa 10^-3 M⊙ tiene una altura característica de aproximadamente 10^5 cm. La densidad máxima en la base alcanza 2.48×10^7 g/cm^3. Las líneas de campo magnético se deforman notablemente y se desplazan hacia el ecuador, pero el equilibrio se mantiene. La masa máxima que se puede retener sigue una ley de potencias: M_max = 4.07×10^-3 M⊙ (T/10^5 K)^-2 (B/5×10^7 G)^2. Esto constituye aproximadamente el 3% de la masa crítica obtenida anteriormente de forma analítica para acreciones pequeñas. El enterramiento magnético reduce el momento dipolar hasta el 10% del valor inicial, y la reducción relativa no depende de la magnitud del campo. El campo permanece predominantemente dipolar, pero se excitan momentos multipolares impares (l=3,5,7,9).
Este trabajo proporciona por primera vez una evaluación cuantitativa de las montañas magnéticamente confinadas en enanas blancas, llenando el vacío entre la teoría de estrellas de neutrones y las observaciones de variables cataclísmicas. A diferencia de estimaciones anteriores basadas en modelos esféricos o cilíndricos simples, aquí se resuelve la ecuación de equilibrio completa con la consideración autoconsistente del flujo congelado. Esto permite determinar de manera fiable la masa máxima y el grado de enterramiento magnético. Los resultados muestran que el enterramiento magnético en enanas blancas es más débil que en estrellas de neutrones: el campo se reduce solo en un 10%, no en órdenes de magnitud. Este enfoque puede servir como base para interpretar los datos observacionales sobre campos magnéticos y acreción en polares y polares intermedias.
El modelo se puede ampliar abandonando la ecuación de estado isotérmica e incluyendo perfiles de temperatura realistas. La consideración de la inmersión de la montaña en la atmósfera de la estrella y la mezcla de materia, como se hizo para las estrellas de neutrones, permitirá refinar la estructura. La introducción de conductividad finita y efectos no ideales abrirá el camino para estudiar la disipación y la reconexión. Las simulaciones dinámicas basadas en los equilibrios obtenidos ayudarán a evaluar la estabilidad de las montañas y su evolución. De particular interés es la inclusión de la rotación y el régimen de hélice, que puede limitar la acumulación de masa en sistemas asíncronos.
Los resultados son aplicables a la interpretación de observaciones de variables cataclísmicas magnéticas, incluyendo polares y polares intermedias. También proporcionan una base para estimar la elipticidad de las enanas blancas y la posible emisión de ondas gravitacionales continuas, detectables por futuros interferómetros espaciales.
El siguiente paso será incluir una ecuación de estado realista y considerar la inmersión de la materia acretada en la atmósfera de la estrella. También es necesario realizar simulaciones hidrodinámicas para verificar la estabilidad de los equilibrios encontrados y estudiar el desarrollo de inestabilidades.
Este trabajo conecta la teoría del confinamiento magnético con las manifestaciones observacionales de la acreción en enanas blancas, como las micronovas y los cambios en los campos magnéticos. La cuestión de la evolución a largo plazo del campo magnético bajo acreción prolongada y el papel de las inestabilidades en la destrucción de las montañas sigue abierta.
Las enanas blancas pueden tener campos magnéticos desde 10^3 hasta 10^9 G, es decir, que difieren en un factor de un millón. Con un campo de 10^8 G, la masa máxima retenible alcanza 0.067 masas solares, comparable a la masa de un planeta gigante completo.