Encontrando pistas en las ruinas de una antigua estrella muerta con Chandra de la NASA

La gente suele pensar que la arqueología se desarrolla en las profundidades de la selva o en el interior de antiguas pirámides. Sin embargo, un equipo de astrónomos ha demostrado que pueden utilizar las estrellas y los restos que dejan tras ellas para realizar un tipo especial de arqueología en el espacio.

Este lanzamiento presenta una representación artística de una explosión de supernova, con un gráfico de espectro insertado. La ilustración del artista presenta una estrella y un agujero negro en un sistema llamado GRO J1655-40. Aquí, el agujero negro está representado por una esfera negra en la esquina superior derecha del centro. La estrella está representada por una esfera amarilla brillante en la esquina inferior izquierda del centro. En esta ilustración, el artista captura la inmensamente poderosa supernova al crearse un agujero negro a partir del colapso de una estrella masiva, con una intensa explosión de rayos difusos que irradian desde la esfera negra. Los rayos difusos de luz roja, naranja y amarilla muestran los restos de la supernova que se extienden por toda la imagen en ondas ondulantes. Estos rayos arrojan escombros sobre la brillante estrella amarilla. Cuando los astrónomos utilizaron el Observatorio de rayos X Chandra para observar el sistema en 2005, detectaron señales de elementos individuales incrustados en la luz de rayos X. Algunos de estos elementos se destacan en el gráfico espectral que se muestra en el recuadro, ubicado en la esquina superior izquierda. El eje vertical del gráfico, a la izquierda, indica el brillo de los rayos X desde 0,0 hasta 0,7 en unidades de intensidad. El eje horizontal, en la parte inferior del gráfico, indica la longitud de onda desde 6 hasta 12 en unidades de ángstroms. En el gráfico, una línea zigzagueante comienza cerca de la parte superior del eje vertical y desciende hacia el extremo del eje horizontal. Las pronunciadas caídas muestran las longitudes de onda donde la luz ha sido absorbida por diferentes elementos, lo que disminuye el brillo de los rayos X. Se han identificado algunos de los elementos que causan estas caídas, como el silicio, el magnesio, el hierro, el níquel, el neón y el cobalto. Crédito Rayos X: NASA/CXC/Technion/N. Keshet et al.; Ilustración: NASA/CXC/SAO/M. Weiss

Utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el equipo de astrónomos estudió los restos que dejó una estrella tras su explosión. Esta "arqueología de supernovas" reveló importantes pistas sobre una estrella que se autodestruyó, probablemente hace más de un millón de años.

Hoy en día, el sistema llamado GRO J1655-40 contiene un agujero negro con casi siete veces la masa del Sol y una estrella con aproximadamente la mitad de esa masa. Sin embargo, esto no siempre fue así.

Originalmente, GRO J1655-40 tenía dos estrellas brillantes. Sin embargo, la más masiva de las dos consumió todo su combustible nuclear y explotó en lo que los astrónomos llaman supernova. Los restos de la estrella destruida cayeron sobre la estrella compañera que la orbitaba, como se muestra en la ilustración artística.

Con sus capas externas expulsadas, algunas de las cuales impactaron a su vecina, el resto de la estrella que explotó colapsó sobre sí misma y formó el agujero negro que existe hoy. La separación entre el agujero negro y su compañera se habría reducido con el tiempo debido a la pérdida de energía del sistema, principalmente a través de la producción de ondas gravitacionales. Cuando la separación se redujo lo suficiente, el agujero negro, con su fuerte atracción gravitatoria, comenzó a extraer materia de su compañera, recuperando parte del material que su estrella madre, al explotar, depositó originalmente.

Aunque la mayor parte de este material se hundió en el agujero negro, una pequeña cantidad cayó en un disco que orbita alrededor de él. Gracias a los potentes campos magnéticos y la fricción en el disco, el material se expulsa al espacio interestelar en forma de potentes vientos.

Aquí es donde entra en juego la búsqueda arqueológica de rayos X. Los astrónomos utilizaron Chandra para observar el sistema GRO J1655-40 en 2005, cuando era particularmente brillante en rayos X. Chandra detectó las firmas de elementos individuales presentes en los vientos del agujero negro mediante la obtención de espectros detallados (que proporcionan el brillo de rayos X en diferentes longitudes de onda) integrados en la luz de rayos X. Algunos de estos elementos se destacan en el espectro que se muestra en el recuadro.

El equipo de astrónomos que analizó los datos del Chandra logró reconstruir características físicas clave de la estrella que explotó a partir de las pistas impresas en la luz de rayos X, comparando los espectros con modelos informáticos de estrellas que explotan como supernovas. Descubrieron que, basándose en la cantidad de 18 elementos diferentes presentes en el viento, la estrella extinta, destruida en la supernova, tenía unas 25 veces la masa del Sol y era mucho más rica en elementos más pesados ​​que el helio en comparación con el Sol.

Este análisis abre el camino para más estudios de arqueología de supernovas utilizando otros estallidos de sistemas de estrellas dobles.

Un artículo que describe estos resultados titulado “Arqueología de supernovas con vientos binarios de rayos X: el caso de GRO J1655−40” se publicó en The Astrophysical Journal en mayo de 2024. Los autores de este estudio son Noa Keshet (Technion — Instituto Tecnológico de Israel), Ehud Behar (Technion) y Timothy Kallman (Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA).

El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA, en Huntsville, Alabama, gestiona el programa Chandra. El Centro de Rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

Crédito Rayos X: NASA/CXC/Technion/N. Keshet et al.; Ilustración: NASA/CXC/SAO/M. Weiss

Publicado en Chandra el 27 de marzo del 2025, enlace publicación.