Burbujas con titanio disparan explosiones titánicas
Los científicos han encontrado fragmentos de titanio saliendo de una famosa supernova. Este descubrimiento, realizado con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, podría ser un paso importante para determinar exactamente cómo explotan algunas estrellas gigantes.
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| Imágenes de rayos X, ópticas e infrarrojas de Cassiopeia A Los astrónomos que utilizan el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA han anunciado el descubrimiento de un tipo importante de titanio que sale del centro del remanente de supernova Cassiopeia A (Cas A), un resultado que podría será un gran avance en la comprensión de cómo explotan algunas estrellas masivas. Los diferentes colores presentados en estas imágenes representan en su mayoría elementos detectados por Chandra en Cas A: hierro (naranja), oxígeno (púrpura) y la cantidad de silicio en comparación con el magnesio (verde). Se muestra el titanio (azul claro) detectado previamente por el telescopio NuSTAR de la NASA, pero no el tipo diferente de titanio encontrado por Chandra. Estos datos de rayos X se han superpuesto en una imagen de luz óptica del Telescopio Espacial Hubble. (Crédito: Chandra: NASA / CXC / RIKEN / T. Sato et al .; NuSTAR: NASA / NuSTAR) |
Este trabajo se basa en las observaciones de Chandra de los restos de una supernova llamada Cassiopeia A (Cas A), ubicada en nuestra galaxia a unos 11.000 años luz de la Tierra. Este es uno de los remanentes de supernova más jóvenes conocidos, con una edad de aproximadamente 350 años.
Durante años, los científicos han luchado por comprender cómo las estrellas masivas, aquellas con masas de aproximadamente 10 veces la del Sol, explotan cuando se quedan sin combustible. Este resultado proporciona una nueva pista invaluable.
"Los científicos creen que la mayor parte del titanio que se utiliza en nuestra vida diaria, como en la electrónica o la joyería, se produce en la explosión de una estrella masiva", dijo Toshiki Sato de la Universidad Rikkyo en Japón, quien dirigió el estudio que aparece en la revista Nature. . "Sin embargo, hasta ahora los científicos nunca han podido capturar el momento justo después de que se produce el titanio estable".
Cuando se agota la fuente de energía nuclear de una estrella masiva, el centro colapsa bajo la gravedad y forma un núcleo estelar denso llamado estrella de neutrones o, con menos frecuencia, un agujero negro. Cuando se crea una estrella de neutrones, el interior de la estrella masiva que colapsa rebota en la superficie del núcleo estelar, revirtiendo la implosión.
El calor de este evento cataclísmico produce una onda de choque, similar a un estallido sónico de un jet supersónico, que corre hacia el exterior a través del resto de la estrella condenada, produciendo nuevos elementos por reacciones nucleares a medida que avanza. Sin embargo, en muchos modelos informáticos de este proceso, la energía se pierde rápidamente y el viaje de la onda de choque hacia el exterior se detiene, evitando la explosión de la supernova.
Simulaciones tridimensionales recientes por computadora sugieren que los neutrinos (partículas subatómicas de muy baja masa) producidos en la creación de la estrella de neutrones juegan un papel crucial en la conducción de burbujas que se alejan rápidamente de la estrella de neutrones. Estas burbujas continúan impulsando la onda de choque hacia adelante para desencadenar la explosión de la supernova.
Con el nuevo estudio de Cas A, el equipo descubrió pruebas poderosas de una explosión impulsada por neutrinos. En los datos de Chandra, encontraron que las estructuras con forma de dedo que apuntan lejos del lugar de la explosión contienen titanio y cromo, coincidiendo con los restos de hierro detectados previamente con Chandra. Las condiciones requeridas para la creación de estos elementos en las reacciones nucleares, como la temperatura y la densidad, coinciden con las de las burbujas en las simulaciones que impulsan las explosiones.
El titanio que fue encontrado por Chandra en Cas A y que es predicho por estas simulaciones es un isótopo estable del elemento, lo que significa que la cantidad de neutrones que contienen sus átomos implica que no cambia por radioactividad a un elemento diferente y más ligero. Anteriormente, los astrónomos habían utilizado el telescopio NuSTAR de la NASA para descubrir un isótopo inestable de titanio en diferentes lugares de Cas A. Cada 60 años, aproximadamente la mitad de este isótopo de titanio se transforma en escandio y luego en calcio.
Se detectó un tipo importante de titanio en el remanente de supernova Cas A. Se predice que este titanio se formará en ciertos modelos informáticos de explosiones de supernovas. Este resultado podría ser un gran avance en la comprensión de cómo ocurren las supernovas. El resultado utilizó 18 días de datos de Chandra tomados entre 2000 y 2018."Nunca antes habíamos visto esta firma de burbujas de titanio en un remanente de supernova, un resultado que solo fue posible con las imágenes increíblemente nítidas de Chandra", dijo el coautor Keiichi Maeda de la Universidad de Kyoto en Japón. "Nuestro resultado es un paso importante para resolver el problema de cómo estas estrellas explotan como supernovas".
"Cuando ocurrió la supernova, se produjeron fragmentos de titanio en las profundidades de la estrella masiva. Los fragmentos penetraron en la superficie de la estrella masiva, formando el borde del remanente de supernova, Cas A", dijo el coautor Shigehiro Nagataki del RIKEN Cluster for Pioneering Investigación en Japón.
Estos resultados apoyan firmemente la idea de una explosión impulsada por neutrinos para explicar al menos algunas supernovas.
"Nuestra investigación podría ser el resultado de observación más importante que investiga el papel de los neutrinos en la explosión de estrellas masivas desde la detección de neutrinos de la Supernova 1987A", dijo el coautor Takashi Yoshida de la Universidad de Kyoto en Japón.
Los astrónomos utilizaron más de un millón y medio de segundos, o más de 18 días, de tiempo de observación de Chandra de la supernova Cassiopeia A (Cas A) tomada entre 2000 y 2018. La cantidad de titanio estable producido en Cas A supera la masa total de la Tierra.
Estos resultados se publicaron en la edición del 22 de abril de 2021 de Nature. Además de Sato, Maeda, Nagataki y Yoshida, los autores del artículo son Brian Grefenstette (Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California), Brian J. Williams (Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland), Hideyuki Umeda (Universidad de Tokio en Japón), Masaomi Ono (RIKEN Cluster for Pioneering Research en Japón) y Jack Hughes (Rutgers University en Piscataway, Nueva Jersey). Artículo:"High-entropy ejecta plumes in Cassiopeia A from neutrino-driven convection".
El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de Rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla la ciencia desde Cambridge Massachusetts y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.
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Contactos con los medios:
Megan Watzke
Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Mass.
617-496-7998
Molly Porter
Centro Marshall de Vuelos Espaciales, Huntsville, Alabama
256-544-0034
• Publicado en Chandra el 14 de abril del 2020, enlace artículo.
