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Astrónomos descubren un nuevo tipo de supernova
(CNN)-- Un grupo de astrónomos descubrió un nuevo tipo de supernova, o explosión estelar, que nos ofrece una nueva ventana al violento ciclo de vida de las estrellas. La nueva investigación, centrada en la supernova 2018zd, confirma una predicción realizada por el astrónomo de la Universidad de Tokio Ken'ichi Nomoto hace más de 40 años.
El astrónomo aficionado Koichi Itagaki, de Japón, observó la supernova 2018zd en marzo de 2018, lo que impulsó a los astrónomos a utilizar telescopios para estudiarla unas tres horas después de que se produjera. La supernova se produjo a unos 31 millones de años luz de la Tierra y las imágenes de archivo de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer permitieron a los científicos ver la débil estrella antes de la explosión. Esta fue la primera vez que los astrónomos pudieron ver una estrella como esta antes y después de convertirse en supernova.
El principal soporte que impide que las estrellas se hundan bajo el peso de su propia gravedad es la energía de su núcleo.
Normalmente, las supernovas se producen de dos formas. Durante una supernova de colapso del núcleo, también llamada gravitatoria, una estrella masiva (más de 10 veces la masa de nuestro Sol) consume su combustible y el núcleo de la estrella se hunde formando un agujero negro o un remanente denso llamado estrella de neutrones. El otro tipo se denomina supernova termonuclear, y se produce cuando un remanente estelar de masa baja llamado enana blanca, que suele tener menos de ocho veces la masa de nuestro Sol, explota tras arrastrar la materia de una estrella compañera hacia sí misma.
Pero, ¿qué ocurre con las estrellas de entre ocho y 10 masas solares, como la estrella implicada en la supernova 2018zd? Explotan de forma un poco diferente.
Este tercer tipo, que no se había observado hasta ahora, se denomina supernova de captura de electrones, y fue descrita originalmente por Nomoto en 1980. A medida que el núcleo de la estrella pierde combustible, las fuerzas gravitacionales empujan los electrones del núcleo y los fusionan con núcleos atómicos. Esta repentina caída de la presión de los electrones desencadena un colapso y la estrella se dobla bajo su propio peso.
Lo que queda es una densa estrella de neutrones con un poco más de masa que nuestro Sol.
Un estudio basado en la nueva investigación aparece publicado este lunes en la revista Nature Astronomy.
"Una de las principales cuestiones en astronomía es comparar cómo evolucionan las estrellas y cómo mueren", dijo Stefano Valenti, coautor del estudio y profesor de Física y Astronomía en la Universidad de California, Davis, en un comunicado. "Todavía faltan muchos eslabones, así que esto es muy emocionante".
Comprender la supernova de captura de electrones
Daichi Hiramatsu, estudiante de posgrado de la Universidad de California, Santa Bárbara, y del Observatorio de Las Cumbres, dirigió un equipo de observación que recopiló datos sobre la supernova 2018zd durante dos años después de que fuera observada por primera vez.
Cuantos más datos recopilaban, más se daban cuenta los investigadores de que podía tratarse del primer ejemplo de supernova de captura de electrones.
La teoría de Nomoto sobre estas supernovas sugiere que llevan una firma química inusual después de producirse, que los investigadores observaron en los datos de 2018zd. También coincidía con los otros cinco criterios de la teoría de Nomoto requeridos para el tipo de supernova propuesto. Estos incluyen una fuerte pérdida de masa antes de la supernova, una explosión débil, una pequeña radioactividad, un núcleo rico en elementos como el oxígeno, el neón y el magnesio, y una estrella del tipo Rama Gigante Súper Asintótica (SAGB, por sus siglas en inglés). Estas estrellas SAGB, poco frecuentes, son viejas estrellas gigantes rojas hinchadas.
"Empezamos preguntando '¿qué es este bicho raro?'. Luego examinamos todos los aspectos de SN 2018zd y nos dimos cuenta de que todos ellos pueden explicarse en el escenario de captura de electrones", dijo Hiramatsu.
Debido a que estas estrellas existen dentro de un rango de masa limitado, no son lo suficientemente ligeras como para evitar que sus núcleos colapsen, pero tampoco son lo suficientemente pesadas como para crear elementos más pesados que prolonguen su vida, como el hierro.
"Este es el mejor caso conocido de esta interesante categoría de supernovas que se encuentran entre el rango de masa de la enana blanca que explota y el núcleo de hierro de una estrella masiva que colapsa y luego rebota y da lugar a una explosión, las llamadas supernovas de colapso del núcleo", dijo Alex Filippenko, profesor de Astronomía de la Universidad de California, Berkeley, en un comunicado. "Este estudio aumenta significativamente nuestra comprensión de las etapas finales de la evolución estelar".
Filippenko dijo que el hecho de que los investigadores tuvieran acceso a las imágenes del Hubble que muestran la estrella antes y después de la explosión les ayudó a confirmar el tipo de supernova que se produjo.
Según los investigadores, este tipo de supernova probablemente es responsable de una nebulosa que iluminó los cielos hace casi 1.000 años.
La creación de la nebulosa del Cangrejo
En 1054 se produjo una supernova en nuestra Vía Láctea tan brillante que pudo verse en el cielo durante el día en todo el mundo durante 23 días, y permaneció visible en el cielo nocturno durante casi dos años.
El resultado de esta supernova fue la famosa nebulosa del Cangrejo, un punto de fascinación para los astrónomos a lo largo de los años que ahora, como resultado del nuevo estudio, creen que fue creada por una supernova de captura de electrones.
Esta imagen de la nebulosa del Cangrejo se creó utilizando datos de cinco telescopios diferentes.
Aunque la nebulosa del Cangrejo ha sido considerada durante mucho tiempo como el ejemplo más conocido de supernova de captura de electrones, si existió, había algunas dudas porque el evento ocurrió hace mucho tiempo.
Es probable que el brillo de la supernova se viera potenciado por el material desechado por la explosión al colisionar con el material liberado previamente de la estrella, algo que también se observó durante la supernova de 2018zd.
"Estoy muy contento de que finalmente se haya descubierto la supernova de captura de electrones, que mis colegas y yo predijimos que existía y que tenía una conexión con la nebulosa del Cangrejo hace 40 años", dijo Nomoto en un comunicado. "Aprecio mucho los grandes esfuerzos realizados para obtener estas observaciones. Este es un caso maravilloso de combinación de observaciones y teoría".
"Fue un 'momento Eureka' para todos nosotros el poder contribuir a cerrar el círculo teórico de hace 40 años, y para mí personalmente porque mi carrera en astronomía comenzó cuando miré las impresionantes imágenes del universo en la biblioteca del instituto, una de las cuales era la icónica Nebulosa del Cangrejo tomada por el telescopio espacial Hubble", añadió Hiramatsu.
Los astrónomos continuarán la búsqueda para ver si pueden encontrar más ejemplos de supernovas de captura de electrones.
"El término 'Piedra Rosetta' se utiliza con demasiada frecuencia como analogía cuando encontramos un nuevo objeto astrofísico, pero en este caso creo que es adecuado", dijo Andrew Howell, científico del Observatorio Las Cumbres y profesor adjunto de la Universidad de California en Santa Bárbara, en un comunicado.
"Esta supernova nos está ayudando literalmente a descifrar registros milenarios de culturas de todo el mundo", dijo Howell, que también participó en el estudio. "Y nos está ayudando a asociar una cosa que no entendemos del todo, la nebulosa del Cangrejo, con otra cosa de la que tenemos increíbles registros modernos, esta supernova. En el proceso, nos está enseñando sobre la física fundamental: cómo se crean algunas estrellas de neutrones, cómo viven y mueren las estrellas extremas y sobre cómo se crean los elementos de los que estamos hechos y se dispersan por el universo".
