Cas A, los elementos de una supernova.

Chandra revela la naturaleza elemental de Cassiopeia A.

Una nueva imagen de Chandra que nos muestra la localización de  varios elementos producidos por la explosión de una estrella como supernova. Cassiopeia A es un muy bien conocido remanente de supernova situado a unos 11.000 años-luz de distancia de nosotros.
Los remanentes de superenova y los elementos que las compones están muy calientes, a millones de grados celsisus, y brillan intensamente en luz de rayos X. La nítida visión de rayos X de Chandra permite a los científicos determinar tanto la cantidad como la ubicación de estos elementos cruciales que producen los objetos como Cas A.

¿De dónde viene la mayoría de los elementos esenciales para la vida en la Tierra? La respuesta: dentro de los hornos de estrellas y las explosiones que marcan el final de la vida de algunas estrellas.

Los astrónomos han estudiado durante mucho tiempo las estrellas en explosión y sus restos, conocidos como "restos de supernovas", para comprender mejor cómo las estrellas producen y luego diseminan muchos de los elementos observados en la Tierra y en el cosmos en general.

Debido a su estado evolutivo único, Cassiopeia A (Cas A) es uno de los remanentes de supernova más intensamente estudiados. Una nueva imagen del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA muestra la ubicación de diferentes elementos en los restos de la explosión: silicio (rojo), azufre (amarillo), calcio (verde) y hierro (púrpura). Cada uno de estos elementos produce rayos X dentro de rangos de energía estrechos, lo que permite crear mapas de su ubicación. La onda expansiva de la explosión se ve como el anillo exterior azul.

Localización de los elementos en Cas A y su combinación para formar la imagen. 
De izuqierda a derecha: Silicio, Sulfuro, Calcio, Hierro, Onda Expansiva.
Crédito: NASA/CXC/SAO.

Los telescopios de rayos X como Chandra son importantes para estudiar los restos de supernova y los elementos que producen porque estos eventos generan temperaturas extremadamente altas, millones de grados, incluso miles de años después de la explosión. Esto significa que muchos remanentes de supernovas, incluyendo Cas A, brillan con mayor intensidad en longitudes de onda de rayos X que son indetectables con otros tipos de telescopios.

La nítida visión de rayos X de Chandra permite a los astrónomos reunir información detallada sobre los elementos que producen objetos como Cas A. Por ejemplo, no solo pueden identificar muchos de los elementos que están presentes, sino cuánto de cada uno se expulsa al espacio interestelar.

Los datos de Chandra indican que la supernova que produjo Cas A ha generado cantidades prodigiosas de ingredientes cósmicos clave. Cas A ha dispersado aproximadamente 10.000 masas de tierra por valor de azufre y alrededor de 20.000 masas de silicio. El hierro en Cas A tiene una masa de aproximadamente 70.000 veces la de la Tierra, y los astrónomos detectan un millón de masas de tierra que arrojan oxígeno al espacio desde Cas A, equivalente a aproximadamente tres veces la masa del Sol. (Aunque el oxígeno es el elemento más abundante en Cas A, su emisión de rayos X se extiende a través de un amplio rango de energías y no se puede aislar en esta imagen, a diferencia de los otros elementos que se muestran).

Los astrónomos han encontrado otros elementos en Cas A además de los que se muestran en esta nueva imagen de Chandra. También se han detectado carbono, nitrógeno, fósforo e hidrógeno utilizando varios telescopios que observan diferentes partes del espectro electromagnético. Combinado con la detección de oxígeno, esto significa que todos los elementos necesarios para hacer que el ADN, la molécula que transporta información genética, se encuentre en Cas A.

Tabla periódica de elementos y su origen.
Crédito: NASA/CXC/SAO

El oxígeno es el elemento más abundante en el cuerpo humano (alrededor del 65% en masa), el calcio ayuda a formar y mantener huesos y dientes sanos, y el hierro es una parte vital de los glóbulos rojos que transportan oxígeno a través del cuerpo. Todo el oxígeno en el Sistema Solar proviene de la explosión de estrellas masivas. Aproximadamente la mitad del calcio y alrededor del 40% del hierro también provienen de estas explosiones, y el resto de estos elementos se alimenta de explosiones de pequeñas estrellas blancas enanas.

Si bien la fecha exacta no está confirmada (enlace PDF), muchos expertos piensan que la explosión estelar que creó Cas A ocurrió alrededor del año 1.680 d. C. en el marco temporal de la Tierra. Los astrónomos estiman que la estrella condenada era aproximadamente cinco veces la masa del Sol justo antes de que explotara. Se estima que la estrella comenzó su vida con una masa aproximadamente 16 veces mayor que la del Sol, y perdió aproximadamente dos tercios de esta masa en un vigoroso viento que sopla sobre la estrella varios cientos de miles de años antes de la explosión.

Estrella pre-supernova.
Esta imagen nos muestra la composición interna de una estrella masiva
 a medida que se acerca al final de sus días. Los elementos pesados
producidos por la fusión nuclear dentro de la estrella se van
concentrando alrededor del núcleo de la estrella formando
capas como si fuese una cebolla.
Crédito: NASA/CXC/S. Lee.

Al principio de su vida, la estrella comenzó a fusionar hidrógeno y helio en su núcleo en elementos más pesados ​​a través del proceso conocido como "nucleosíntesis". La energía producida por la fusión de elementos más pesados ​​y pesados ​​equilibró la estrella contra la fuerza de la gravedad. Estas reacciones continuaron hasta que formaron hierro en el núcleo de la estrella. En este punto, la nucleosíntesis adicional consumiría en lugar de producir energía, por lo que la gravedad causó que la estrella implosione y forme un núcleo estelar denso conocido como estrella de neutrones.

El medio exacto por el cual se produce una explosión masiva después de la implosión es complicado, y un tema de intenso estudio, pero finalmente el material que ingresa fuera de la estrella de neutrones fue transformado por reacciones nucleares adicionales cuando fue expulsado hacia afuera por la explosión de supernova.

Chandra ha observado repetidas veces a Cas A desde que el telescopio fue lanzado al espacio en 1999. Los diferentes conjuntos de datos han revelado nueva información sobre la estrella de neutrones en Cas A, los detalles de la explosión y detalles de cómo los restos son expulsados al espacio.

El Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian de Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.

Crédito:
NASA / CXC / SAO

Publicado en Chandra el 12 de diciembre de 2017