La explosión estelar en 1054 D.C. pudo haber sido producido por un tercer tipo de supernova
Los astrónomos han encontrado evidencias convincentes de que las supernovas tienen un tercer tipo, impulsadas por un mecanismo explosivo sospechado desde hace mucho tiempo que puede explicar una supernova brillante que los humanos observaron hace casi 1000 años y que dio a luz a la hermosa Nebulosa del Cangrejo.
La evidencia es una estrella en explosión observada en 2018, la primera que se ajusta a los seis criterios para un tipo hipotético de supernova llamada supernova de captura de electrones, supernova Tipo II-P .
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| Una imagen del telescopio espacial Hubble de la galaxia estelar NGC 2146 que muestra la posición de la supernova SN 2018zd (gran punto blanco a la derecha), que se detectó por primera vez en 2018. La explosión estelar es una prueba irrefutable de la existencia de supernovas de captura de electrones. un tercer tipo de estrella en explosión. (Imagen compuesta cortesía de NASA / STScI / J. DePasquale y Observatorio Las Cumbres) |
Las estrellas grandes, supergigantes rojas más grandes que aproximadamente 10 de nuestros soles, colapsan en el centro cuando sus núcleos se quedan sin combustible, lo que hace que las capas externas exploten y deje una estrella de neutrones o un agujero negro, supernova tipo II. Las estrellas menos masivas que unos ocho de nuestros soles y que tienen una estrella compañera probablemente se contraigan inicialmente a una enana blanca, que luego atrae materia de la estrella adyacente hacia sí misma hasta que experimenta una explosión termonuclear descontrolada que la hace añicos, supernova tipo Ia.
En teoría, las estrellas de entre 8 y 10 masas solares deberían explotar de forma diferente. Su inmensa presión interna obligaría a los electrones a fusionarse con los núcleos atómicos, provocando una caída repentina de la presión de los electrones que precipitaría un colapso y la consiguiente explosión de las capas circundantes. Lo que quedaría atrás sería una estrella de neutrones un poco más masiva que nuestro sol.
La supernova de 2018, llamada SN 2018zd, y su estrella progenitora, respectivamente, coinciden con el perfil de una supernova de captura de electrones y el tipo de estrella masiva que sufriría tal explosión. La brillante supernova observada en todo el mundo en 1054 DC, que fue visible durante el día durante 23 días, tenía características que recuerdan a SN 2018zd, en particular, un brillo muy duradero que lo hizo visible por la noche durante casi dos años, lo que sugiere que también fue una supernova de captura de electrones.
“Este es el caso más conocido de esta interesante categoría de supernovas que se encuentra entre el rango de masa de la enana blanca en explosión y el núcleo de hierro de una estrella masiva que colapsa y luego rebota y conduce a una explosión, el llamado supernova por colapso de núcleo”, dijo Alex Filippenko, profesor de astronomía en la Universidad de California, Berkeley. "Este estudio aumenta significativamente nuestra comprensión de las etapas finales de la evolución estelar".
Filippenko y un equipo de astrónomos dirigido por Daichi Hiramatsu, un estudiante graduado de la UC Santa Bárbara y el Observatorio Las Cumbres (LCO), una red mundial de telescopios ópticos robóticos, informaron los hallazgos hoy en la revista Nature Astronomy. Son miembros del Global Supernova Project, un equipo mundial de científicos que utiliza docenas de telescopios en la Tierra y en el espacio para observar supernovas.
“El término la Piedra Rosetta se usa con demasiada frecuencia como analogía cuando encontramos un nuevo objeto astrofísico, pero en este caso, creo que es apropiado. Esta supernova nos está ayudando literalmente a decodificar registros milenarios de culturas de todo el mundo ”, dijo Andrew Howell, científico de planta de LCO, profesor adjunto de física en UC Santa Bárbara y líder del Proyecto Global Supernova. "En el proceso, nos está enseñando sobre física fundamental: cómo se forman algunas estrellas de neutrones, cómo viven y mueren las estrellas extremas, y cómo los elementos de los que estamos hechos se crean y se dispersan por el universo".Descubrimiento de un astrónomo aficionado
Poco después de que el astrónomo aficionado Koichi Itagaki notara la supernova en Japón, el miembro del equipo Schuyler Van Dyk, ex becario postdoctoral de Filippenko y científico investigador principal en el Instituto de Tecnología de California, pudo obtener una imagen de la supernova del Telescopio Espacial Hubble. Comparó esto con imágenes anteriores del Telescopio Espacial Hubble de esa área del cielo e identificó positivamente la estrella progenitora en la galaxia NGC 2146, a unos 31 millones de años luz de la Tierra.
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| Una estrella de rama gigante súper asintótica (izquierda) y su núcleo (derecha) compuesto de oxígeno (O), neón (Ne) y magnesio (Mg). Estas estrellas hinchadas son el estado final de las estrellas en un rango de masa de aproximadamente 8 a 10 masas solares. El núcleo está soportado por la presión de electrones (e-), pero cuando se vuelve lo suficientemente denso, el neón y el magnesio comienzan a consumir electrones (las llamadas reacciones de captura de electrones), reduciendo la presión del núcleo e induciendo una explosión de supernova de colapso del núcleo. En el proceso, también se producen sodio (Na) y flúor (F), junto con muchos neutrinos (ν). (Gráfico cortesía de S. Wilkinson; Observatorio Las Cumbres) |
"Es genial cuando tenemos imágenes del Hubble antes y después de la explosión, porque podemos identificar con seguridad qué estrella explotó desde la ubicación exacta de la supernova", dijo Van Dyk.
“Ese fue uno de los componentes clave que nunca se había hecho para otras supernovas de captura de electrones candidatas; nunca habían tenido una estrella progenitora identificada viable, la estrella que explota”, dijo Filippenko.
La identidad de la estrella progenitora permitió al equipo comparar las características de la estrella y la supernova con las predichas por el miembro del equipo Ken'ichi Nomoto del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo, en la Universidad de Tokio. Primero planteó la hipótesis de este tipo de supernova en 1980.
Según los modelos de Nomoto y otros astrónomos, estas estrellas deberían tener mucha masa, entre 8 y 10 masas solares, pero pierden gran parte de ella antes de explotar, y esta masa desprendida debería ser de una composición química inusual, rica en helio y carbono. y nitrógeno, pero bajo en oxígeno. La explosión de la supernova de captura de electrones debería ser débil, unas 10 veces menos energética que una supernova de colapso del núcleo; tienen poca lluvia radiactiva, principalmente níquel radiactivo; y tienen muchos elementos ricos en neutrones, como oxígeno, neón y magnesio, en el núcleo.
Eso es lo que encontraron. La estrella progenitora era una estrella masiva de la rama superasintótica de las gigante (SAGB), es decir, una vieja gigante roja hinchada, la estrella de mayor diámetro posible. Las observaciones mostraron que se había desprendido de una fracción significativa de su masa antes de la explosión, y el gas que rodeaba a la estrella anterior a la explosión coincidía con la composición química esperada. La explosión fue relativamente débil para una supernova de Tipo II, produjo poco níquel radiactivo y mostró fuertes líneas de emisión de un elemento rico en neutrones, el níquel estable.
El brillo y la atenuación de la supernova a lo largo del tiempo se asemeja al de varias otras supernovas inusuales que se han clasificado como Tipo II-P porque su salida de luz primero se estabiliza y luego cae a un nivel muy bajo unos 100 días después de la explosión. Este desmayo se debe a la escasez de níquel radiactivo.
Los nuevos descubrimientos arrojan luz sobre algunos misterios de la supernova de 1054 D.C. que explotó dentro de la Vía Láctea y fue célebremente mencionada en los registros chinos y japoneses. El remanente resultante, la Nebulosa del Cangrejo, se ha estudiado con gran detalle y la supernova ha sido la mejor candidata para una supernova de captura de electrones. El nuevo resultado aumenta la confianza de que SN 1054 era una supernova de captura de electrones, argumenta el equipo.
Esta hipótesis también explica por qué la supernova era relativamente brillante, en comparación con las expectativas basadas en los primeros modelos de supernovas de captura de electrones: su luminosidad probablemente fue mejorada artificialmente por la eyección de la supernova que colisionó con el material desprendido por la estrella progenitora, como se vio en SN 2018zd. .
"La gente ha especulado que la supernova de la Nebulosa del Cangrejo era una supernova de captura de electrones, pero creo que SN 2018zd fortalece esa asociación", dijo Filippenko. "Ahora nos hemos dado cuenta de que una supernova de captura de electrones puede hacerse más perceptible durante más tiempo de lo que se hubiera anticipado basándonos en la teoría inicial hace 40 años".
Filippenko y el equipo esperan encontrar más ejemplos de este tercer tipo de supernova que deben estar relativamente cerca para que los astrónomos puedan identificar la estrella progenitora de cada uno, que suele ser débil, y registrar el brillo a largo plazo de la eyección.
Información relacionada
El origen de la captura de electrones de la supernova 2018zd (Nature Astronomy)
• Publicado en Berkeley New, UC Berkeley, por Robert Sanders el 28 de junio del 2021, enlace publicación.
