Chandra de la NASA revela el conflicto interno de una estrella antes de su explosión

El interior de una estrella giró sobre sí mismo antes de explotar espectacularmente, según un nuevo estudio del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Hoy en día, esta estrella fragmentada, conocida como el remanente de supernova Casiopea A, es uno de los objetos más conocidos y estudiados del cielo.

Este gráfico presenta datos de Chandra del remanente de supernova Cassiopeia A (Cas A), que revelan que el interior de la estrella se reorganizó violentamente apenas horas antes de su explosión. El panel principal de este gráfico contiene datos de Chandra que muestran la ubicación de diferentes elementos en los restos de la explosión: silicio (rojo), azufre (amarillo), calcio (verde) y hierro (violeta). El color azul revela la emisión de rayos X de mayor energía detectada por Chandra en Cas A y una onda expansiva en expansión. El recuadro revela regiones con amplios rangos de abundancias relativas de silicio y neón. Estos datos, junto con modelos computacionales, revelan nuevos conocimientos sobre cómo las estrellas masivas como Cas A terminan sus vidas. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Univ. Meiji/T. Sato et al.; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/N. Wolk.

Sin embargo, hace más de trescientos años, era una estrella gigante al borde de la autodestrucción. El nuevo estudio de Chandra revela que, apenas horas antes de explotar, su interior se reorganizó violentamente. Esta reorganización de última hora de su vientre estelar tiene profundas implicaciones para comprender cómo explotan las estrellas masivas y cómo se comportan sus restos posteriormente.

Cassiopeia A (Cas A para abreviar) fue uno de los primeros objetos que observó el telescopio después de su lanzamiento en 1999, y los astrónomos han regresado repetidamente para observarlo.

“Parece que cada vez que analizamos con atención los datos de Chandra de Cas A, aprendemos algo nuevo y emocionante”, afirmó Toshiki Sato, de la Universidad Meiji de Japón, quien dirigió el estudio. “Ahora hemos tomado esos invaluables datos de rayos X, los hemos combinado con potentes modelos informáticos y hemos descubierto algo extraordinario”.

A medida que las estrellas masivas envejecen, se forman elementos cada vez más pesados ​​en su interior mediante reacciones nucleares, creando capas de diferentes elementos similares a cebollas. Su capa exterior está compuesta principalmente de hidrógeno, seguida de capas de helio, carbono y elementos progresivamente más pesados, extendiéndose hasta el centro de la estrella.

Una vez que el hierro comienza a formarse en el núcleo de la estrella, la situación cambia. En cuanto el núcleo de hierro supera cierta masa (aproximadamente 1,4 veces la masa del Sol), ya no puede soportar su propio peso y colapsa. La parte exterior de la estrella cae sobre el núcleo en colapso y rebota como una supernova de colapso de núcleo.

La nueva investigación con datos de Chandra revela un cambio ocurrido en las profundidades de la estrella en los últimos momentos de su vida. Tras más de un millón de años, Cas A experimentó importantes cambios en sus últimas horas antes de explotar.

“Nuestra investigación muestra que justo antes del colapso de la estrella en Cas A, parte de una capa interna con grandes cantidades de silicio se expandió hacia afuera y se fracturó en una capa vecina con abundante neón”, explicó el coautor Kai Matsunaga, de la Universidad de Kioto (Japón). “Se trata de un evento violento en el que la barrera entre estas dos capas desaparece”.

Esta conmoción no solo provocó la salida de material rico en silicio, sino que también obligó a la entrada de material rico en neón. El equipo encontró rastros claros de estos flujos de silicio hacia el exterior y de neón hacia el interior en los restos del remanente de supernova de Cas A. Pequeñas regiones ricas en silicio pero pobres en neón se encuentran cerca de regiones ricas en neón y pobres en silicio. La supervivencia de estas regiones no solo proporciona evidencia crucial de la conmoción de la estrella, sino que también demuestra que la mezcla completa del silicio y el neón con otros elementos no ocurrió inmediatamente antes ni después de la explosión. Esta falta de mezcla es predicha por modelos informáticos detallados de estrellas masivas cerca del final de sus vidas.

Existen varias implicaciones significativas para esta agitación interna en el interior de la estrella condenada. En primer lugar, podría explicar directamente la forma asimétrica, en lugar de simétrica, del remanente de Cas A en tres dimensiones. En segundo lugar, una explosión asimétrica y un campo de escombros podrían haber impulsado con fuerza el núcleo restante de la estrella, ahora una estrella de neutrones, lo que explica la alta velocidad observada de este objeto.

Finalmente, los fuertes flujos turbulentos creados por los cambios internos de la estrella pueden haber promovido el desarrollo de la onda expansiva de la supernova, facilitando la explosión de la estrella.

“Quizás el efecto más importante de este cambio en la estructura de la estrella es que pudo haber contribuido a desencadenar la propia explosión”, afirmó el coautor Hiroyuki Uchida, también de la Universidad de Kioto. “Esta actividad interna final de una estrella puede cambiar su destino: si brillará como una supernova o no”.

Estos resultados se han publicado en el último número de The Astrophysical Journal y están disponibles en línea.

Contactos de prensa:

Centro de rayos X Megan Watzke Chandra, Cambridge, Massachusetts

mwatzke@cfa.harvard.edu

Centro de Vuelos Espaciales Marshall Corinne Beckinger, Huntsville, Alabama

corinne.m.beckinger@nasa.gov

Publicado en Chandra el 28 de agosto del 2025, enlace publicación.