Científicos miden la densidad central de una enana blanca por primera vez

Una colaboración internacional midió recientemente la densidad central de la enana blanca justo antes de explotar como una supuesta supernova de Tipo Ia. Utilizando datos obtenidos del satélite astronómico XMM-Newton, realizaron observaciones del remanente de supernova 3C 397 y midieron su densidad central.

3C 397 (también conocido como G41.1-0.3) es una supernova de Tipo Ia. Rayos X: NASA / CXC / Univ of Manitoba / S. Safi-Harb et al, Óptica: DSS, Infrarrojos: NASA / JPL-Caltech

El remanente de supernovas 3C 397 es un remanente de supernova conocido de Tipo Ia en la Vía Láctea. Los datos anteriores de Suzaku habían sugerido que la enana blanca progenitora de 3C 397, antes de la explosión de la supernova, debe tener una masa cercana al límite de masa de Chandrasekhar (alrededor de 1,4 masas solares).

Esto motivó al equipo a realizar observaciones de seguimiento de 3C 397 con XMM-Newton, utilizando la resolución angular mejorada del satélite en comparación con Suzaku.

La clave del descubrimiento es la primera detección de isótopos ricos en neutrones como el titanio 50 y el cromo 54 en los detritos o restos de supernova. Cuanto mayor sea la densidad central de la enana blanca en explosión, más eficiente será la producción de estos isótopos.

Los científicos analizaron esta relación entre la masa y los isótopos. Luego lo usaron para determinar que la densidad central del progenitor de 3C 397 era aproximadamente tres veces mayor que la de un progenitor típico de supernova de Tipo Ia.

Este descubrimiento se suma a la creciente evidencia de diversidad en las supernovas de Tipo Ia, utilizadas en cosmología como indicadores de distancia a través del Universo.

Para el estudio, los científicos investigaron la distribución espacial detallada de los elementos pesados ​​sintetizados, específicamente las proporciones de masa local de Ti (titanio), Cr (cromo) y otros elementos. Encontraron una estructura grumosa en la parte sur del remanente donde la proporción de masa de Ti y Cr en comparación con la del hierro (Fe) y el níquel (Ni) era anormalmente alta.

Esta es la primera vez que se detecta Ti de una supernova de Tipo Ia o el remanente.

Izquierda: imagen de rayos X del remanente de supernova 3C 397. El rojo indica la distribución espacial del hierro, el verde indica la distribución espacial del silicio, mientras que el azul es la abundancia relativa de cromo en comparación con el hierro. En la parte sur del remanente se puede ver una región rica en cromo (azul oscuro). Derecha: espectro de rayos X del material dentro del círculo blanco que se muestra en la figura de la izquierda. Se detectaron titanio, cromo, manganeso y níquel además del hierro, que es el principal elemento formado durante una supernova de Tipo Ia (crédito: ISAS / JAXA, Ohshiro et al.).

Cuando compararon sus resultados con modelos basados ​​en cálculos numéricos de nucleosíntesis de supernovas, encontraron que las proporciones de masa elemental observadas en 3C 397 solo podían lograrse en la región más interna de las enanas blancas con una masa cercana al límite de Chandrasekhar que tienen niveles centrales de densidad excepcionalmente altos. La densidad central consistente con los elementos observados es de aproximadamente 5 x 109 g cm-3, que es 2-3 veces mayor que las densidades centrales (*5) que se habían asumido previamente.

En el futuro, los científicos esperan investigar la masa y la densidad central de otras enanas blancas antes explosionar como supernova. Hacerlo les permitiría caracterizar las supernovas de Tipo Ia para que puedan usarse como velas estándar para medir distancias en el Universo.

La colaboración internacional detrás de este nuevo resultado incluyó al científico principal del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU) Ken'ichi Nomoto y al becario postdoctoral del Instituto de Tecnología de California Shing-Chi Leung (antiguo investigador del proyecto Kavli IPMU) y fue dirigido por Yuken Ohshiro, estudiante de maestría de segundo año en la Escuela de Graduados de Ciencias de la Universidad de Tokio, que trabaja con el profesor Hiroya Yamaguchi (ISAS).

Referencia de la revista:

Yuken Ohshiro y col. Descubrimiento de un grupo de eyecta altamente neutronizado en el remanente de supernova tipo Ia 3C 397. DOI: 10.3847/2041-8213/abff5b

• Publicado en TECH Explorist el 10 de junio del 2021, enlace publicación.