Estrellas explosivas fabrican ingredientes clave como la arena y el vidrio.

La sílice.
Esta imagen del remanente de supernova G54.1 + 0.3 incluye radio, luz infrarroja y rayos X. El punto amarillo saturado en el centro de la imagen indica una fuente de rayos X fuerte en el centro del remanente de supernova. Este es un objeto increíblemente denso llamado estrella de neutrones, que puede formarse cuando una estrella se queda sin combustible para mantenerla inflada, y el material no soportado se colapsa en el núcleo de la estrella. G54.1 + 0.3 contiene un tipo especial de estrella de neutrones llamada púlsar, que emite emisiones de rayos X y radio particularmente brillantes. Las emisiones azul y verde muestran la presencia de polvo, incluida la sílice. Los tonos rojos corresponden a los datos de radio del Karl G. Jansky Very Large Array; el verde corresponde a 70 m de luz infrarroja de longitud de onda del Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea; el azul corresponde a la luz infrarroja de 24 m de longitud de onda del instrumento del Fotómetro de Imagen Multibanda (MIPS) en el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA; el color amarillo corresponde a los datos de rayos X del observatorio de rayos X Chandra.
Crédito: NASA / JPL-Caltech / CXC / ESA / NRAO / J. Rho (Instituto SETI).

Todos estamos, literalmente, hechos de polvo de estrellas. Muchos de los químicos que componen nuestro planeta y nuestros cuerpos fueron formados directamente por las estrellas. Ahora, un nuevo estudio que utiliza observaciones del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA informa por primera vez que la sílice, uno de los minerales más comunes que se encuentran en la Tierra, se forma cuando las estrellas masivas explotan.

Mire a su alrededor ahora mismo y es muy probable que vea sílice (dióxido de silicio, SiO2) de alguna forma. Un componente importante de muchos tipos de rocas en la Tierra, la sílice se usa en mezclas industriales de arena y grava para hacer aceras, caminos y edificios. Una forma de sílice, el cuarzo, es un componente importante de la arena que se encuentra en las playas a lo largo de las costas de los Estados Unidos. La sílice es un ingrediente clave en el vidrio, incluido el vidrio para ventanas, así como la fibra de vidrio. La mayor parte del silicio usado en dispositivos electrónicos proviene de sílice.

En total, la sílice constituye aproximadamente el 60 por ciento de la corteza terrestre. Su presencia generalizada en la Tierra no es una sorpresa, ya que el polvo de sílice se ha encontrado en todo el universo y en los meteoritos que preceden a nuestro sistema solar. Una fuente conocida de polvo cósmico son las estrellas AGB, o estrellas con aproximadamente la masa del Sol que se están quedando sin combustible y se hinchan hasta varias veces su tamaño original para formar una estrella gigante roja. (Las estrellas AGB son un tipo de estrella gigante roja). Pero la sílice no es un componente importante del polvo de estrellas AGB, y las observaciones no dejaron en claro si estas estrellas podrían ser el productor principal de polvo de sílice observado en todo el universo.

El nuevo estudio informa sobre la detección de sílice en dos remanentes de supernova, llamados Cassiopeia A y G54.1 + 0.3. Una supernova es una estrella mucho más masiva que el Sol que se queda sin el combustible que se quema en su núcleo, causando que se colapse sobre sí misma. La rápida caída de la materia crea una explosión intensa que puede fusionar los átomos para crear elementos "pesados", como el azufre, el calcio y el silicio.

Huellas químicas.
Remanente de supernova Cas A o Cassiopeia A. Credit :NASA/CXC/SAO
Para identificar la sílice en Cassiopeia A y G54.1 + 0.3, el equipo utilizó datos de archivo del instrumento IRS de Spitzer y una técnica llamada espectroscopia, que toma luz y revela las longitudes de onda individuales que la componen. (Puede observar este efecto cuando la luz del sol pasa a través de un prisma de vidrio y produce un arco iris: los diferentes colores son las longitudes de onda individuales de la luz que normalmente se mezclan e invisibles a simple vista).

Cada uno de los elementos y moléculas químicos emiten longitudes de onda de luz muy específicas, lo que significa que cada uno tiene una "huella digital" espectral distinta que los espectrógrafos de alta precisión pueden identificar. Para descubrir la huella digital espectral de una molécula dada, los investigadores a menudo confían en modelos (que suelen realizarse con computadoras) que recrean las propiedades físicas de la molécula. Ejecutar una simulación con esos modelos revela la huella digital espectral de la molécula.

Imagen de autor del observatorio espacial Spitzer de la NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech.
Pero los factores físicos pueden influir sutilmente en las longitudes de onda que emiten las moléculas. Tal fue el caso de Cassiopeia A. Aunque los datos de espectroscopia de Cassiopeia A mostraron longitudes de onda cercanas a lo que se esperaría de la sílice, los investigadores no pudieron hacer coincidir los datos con ningún elemento o molécula en particular.

Jeonghee Rho, un astrónomo del Instituto SETI en Mountain View, California, y el autor principal del nuevo artículo, pensaron que tal vez la forma de los granos de sílice podría ser la fuente de la discrepancia, porque los modelos de sílice existentes asumían que los granos eran perfectamente esféricos.

Comenzó a construir modelos que incluían algunos granos con formas no esféricas. Fue solo cuando completó un modelo que asumió que todos los granos no eran esféricos, sino más bien en forma de balón de fútbol que el modelo "realmente produjo claramente la misma característica espectral que vemos en los datos de Spitzer", dijo Rho.

Rho y sus coautores en el documento encontraron la misma característica en un segundo remanente de supernova, G54.1 + 0.3. Los granos alargados pueden decirle a los científicos algo sobre los procesos exactos que formaron la sílice.

El telescopio espacial Herschel. Crédito: ESA.
Los autores también combinaron las observaciones de los dos remanentes de supernova de Spitzer con las observaciones del Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea para medir la cantidad de sílice producida por cada explosión. Herschel detecta diferentes longitudes de onda de luz infrarroja que Spitzer. Los investigadores analizaron todo el intervalo de longitudes de onda proporcionadas por ambos observatorios e identificaron la longitud de onda a la que el polvo tiene su brillo máximo. Esa información se puede usar para medir la temperatura del polvo, y tanto el brillo como la temperatura son necesarios para medir la masa. El nuevo trabajo implica que la sílice producida por las supernovas a lo largo del tiempo fue lo suficientemente significativa como para contribuir al polvo en todo el universo, incluido el polvo que finalmente se unió para formar nuestro planeta hogar.

El estudio se publicó el 24 de octubre de 2018, en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, y confirma que cada vez que miramos por una ventana, caminamos por la acera o pisamos una playa de guijarros, interactuamos con un material hecho por estrellas en explosión que se quemaron hace miles de millones de años. "A dust twin of Cas A: cool dust and 21 μm silicate dust feature in the supernova remnant G54.1+0.3", enlace artículo.


La Oficina del Proyecto Herschel de la NASA se encuentra en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. El Centro de Ciencia Herschel de la NASA, parte de IPAC, apoya a la comunidad astronómica de los Estados Unidos. Caltech maneja JPL para la NASA.

El JPL administra la misión del Telescopio Espacial Spitzer para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. Las operaciones científicas se realizan en el Centro de Ciencias Spitzer en Caltech en Pasadena, California. Las operaciones de la nave espacial se basan en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado. Los datos se archivan en el Infrared Science Archive ubicado en IPAC en Caltech.

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• Publicado el 16 de noviembre del 2.018, enlace publicación.