Una estrella en una galaxia distante explotó en una poderosa explosión, resolviendo un misterio astronómico

imagen: Telescopio espacial Hubble Captura de electrones compuestos coloreados Supernova 2018zd y la galaxia anfitriona para Starburst NGC 2146 Más

Crédito: NASA / STScI / J. Dipascual. Observatorio Las Cumbres

El Dr. Ir Arkafi, investigador de la Universidad de Tel Aviv en la Facultad de Ciencias Exactas Raymond and Beverly Sackler, participó en un estudio que descubrió un nuevo tipo de explosión estelar: una supernova capturadora de electrones. Si bien las teorías se han elaborado durante un período de 40 años, los ejemplos de la vida real han sido esquivos. Estas supernovas surgen de explosiones de estrellas de 8 a 9 veces la masa del Sol. Este descubrimiento también arroja luz sobre el misterio de una supernova que se remonta a 1054 d.C. que vieron los antiguos astrónomos, antes de convertirse finalmente en la Nebulosa del Cangrejo, que conocemos hoy.

Una supernova es la explosión de una estrella después de un desequilibrio repentino entre dos fuerzas opuestas que han dado forma a la estrella a lo largo de su vida. La gravedad está tratando de contraer cada estrella. Por ejemplo, nuestro Sol equilibra esta fuerza a través de la fusión nuclear en su núcleo, que produce una presión que contrarresta la atracción gravitacional. Mientras haya suficiente fusión nuclear, la gravedad no podrá colapsar la estrella. Sin embargo, eventualmente, la fusión nuclear se detendrá, al igual que un automóvil se queda sin gasolina, y la estrella colapsará. Para estrellas como el Sol, el núcleo que colapsa se llama enana blanca. Este material en las enanas blancas es tan denso que las fuerzas cuánticas entre los electrones evitan una mayor degradación.

Para las estrellas diez veces más masivas que nuestro sol, las fuerzas cuánticas del electrón no son suficientes para detener la atracción gravitacional, y el núcleo continúa colapsando hasta convertirse en una estrella de neutrones o un agujero negro, acompañado de una gran explosión. En el rango de masa media, los electrones se comprimen (o se capturan con mayor precisión) en el núcleo de un átomo. Esto elimina las fuerzas cuánticas del electrón y hace que la estrella colapse y luego explote.

Históricamente, ha habido dos tipos principales de supernovas. Una es una supernova termonuclear: la explosión de una estrella enana blanca después de adquirir material en un sistema estelar binario. Estas enanas blancas son los densos núcleos de ceniza que quedan después de que una estrella de baja masa (una masa de hasta ocho veces la masa del Sol) llega al final de su vida. Otro tipo de supernova importante es una supernova de colapso, en la que una estrella masiva, diez veces la masa del Sol, se queda sin combustible nuclear y su núcleo colapsa, creando un agujero negro o una estrella de neutrones. El trabajo teórico sugirió que las supernovas capturadoras de electrones ocurrirían en el límite entre estos dos tipos de supernovas.

Esta es la teoría desarrollada por Kenichi Nomoto de la Universidad de Tokio y otros en la década de 1980. Durante décadas, los teóricos han hecho predicciones sobre qué buscar en una supernova capturadora de electrones. Las estrellas deben perder mucha masa por su propia formación antes de explotar, y la propia supernova debe ser relativamente débil, tener poca precipitación de radiación y producir elementos ricos en neutrones.

El nuevo estudio, publicado en astronomía natural, se centra en la supernova SN2018zd, descubierta por el astrónomo aficionado japonés Koihchi Itagaki en 2018. El Dr. Ir Arkavi del Departamento de Astrofísica de la Universidad de Tel Aviv fue coautor del estudio. Esta supernova, ubicada en la galaxia NGC 2146, tiene todas las características esperadas de una supernova capturadora de electrones, que no se ha visto en ninguna otra supernova. Además, debido a que la supernova está relativamente cerca, a solo 31 millones de años luz de distancia, los investigadores pudieron identificar la estrella en imágenes de archivo tomadas antes de la explosión por el Telescopio Espacial Hubble. De hecho, la estrella en sí también se ajusta a las predicciones de qué tipo de estrella debería explotar como una supernova capturadora de electrones, lo cual es diferente a las estrellas que se han visto explotar como otros tipos de supernovas.

Si bien algunas supernovas descubiertas en el pasado han tenido pocos indicadores previstos de supernovas capturadoras de electrones, solo SN2018zd tenía las seis estrellas: una estrella progenitora que se ajusta al rango de masa esperado, una fuerte pérdida de masa pre-supernova y una composición química inusual y débil. explosión, poca radiactividad y material rico en neutrones. “Comenzamos preguntando, ‘¿Qué es esto extraño?'”, Dijo Daiichi Hiramatsu de la Universidad de California, Santa Bárbara y el Observatorio Las Cumbres, quien dirigió el estudio. “Luego, estudiamos todos los aspectos de SN 2018zd y nos dimos cuenta de que todos podían explicarse en un escenario de captura de electrones”.

Los nuevos descubrimientos también arrojan luz sobre algunos de los misterios de una de las supernovas más famosas del pasado. En 1054 d.C., se produjo una supernova en nuestra Vía Láctea y, según los registros chinos y japoneses, era tan brillante que podía verse de día y arrojar una sombra por la noche. El remanente resultante, la Nebulosa del Cangrejo, se ha estudiado con gran detalle y se ha descubierto que tiene una composición inusual. Anteriormente era el mejor candidato para la absorción de electrones de supernova, pero esto no ha sido seguro en parte porque la explosión ocurrió hace casi mil años. El nuevo hallazgo aumenta la confianza en que la histórica supernova 1054 fue una supernova capturadora de electrones.

“Es sorprendente que podamos arrojar luz sobre los acontecimientos históricos del universo utilizando máquinas modernas”, dice el Dr. Arkafe. “Hoy, con telescopios robóticos que escanean el cielo con una eficiencia sin precedentes, podemos detectar más y más eventos raros que son críticos para comprender las leyes de la naturaleza, sin tener que esperar 1,000 años entre un evento y el siguiente”.

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El Dr. Arcavi es miembro del Proyecto Global Supernova y está aprovechando la Red del Telescopio Las Cumbres para estudiar fenómenos transitorios raros como supernovas, fusiones de estrellas de neutrones y estrellas destrozadas por agujeros negros.

Enlace al artículo original:
https: //www.naturaleza.Con/Artículos/s41550-021-01384-2

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