“Fue un ‘momento Eureka’ para todos”: Astrónomos descubren un nuevo tipo de una rara supernova

(CNN) – Los astrónomos han descubierto un nuevo tipo de supernova, o explosión de estrellas, y proporciona 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 Ken’ichi Nomoto de la Universidad de Tokio hace más de 40 años.

El astrónomo aficionado Koichi Itagaki en Japón observó la supernova 2018zd en marzo de 2018, lo que llevó a los astrónomos a usar telescopios para estudiarla unas tres horas después de que ocurriera. La supernova ocurrió 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 estrella débil 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.

Normalmente, las supernovas ocurren en dos sabores. Durante una supernova de colapso del núcleo, una estrella masiva (más de 10 veces la masa de nuestro sol) agota su combustible y el núcleo de la estrella se hunde en un agujero negro o un remanente denso llamado estrella de neutrones. El otro tipo se llama supernova termonuclear, y ocurre cuando un remanente de estrella de baja masa llamada enana blanca, generalmente menos de ocho veces la masa de nuestro sol, explota después de extraer materia de una estrella compañera hacia sí misma.

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Pero, ¿qué sucede con una estrella de entre ocho y diez masas solares, como la estrella involucrada en la supernova 2018zd? Explotan un poco diferente.

Este tercer tipo, previamente no observado, se conoce como supernova de captura de electrones, y Nomoto la describió originalmente 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 caída repentina en la presión de los electrones provoca un colapso y la estrella se dobla bajo su propio peso. Lo que queda es una estrella de neutrones densa con un poco más de masa que nuestro sol.

Un estudio basado en la nueva investigación publicada el lunes en la revista Nature Astronomy.

Esta imagen muestra la supernova 2018zd (representada como un gran punto blanco a la derecha), un nuevo tipo de supernova llamada captura de electrones. A la izquierda está la galaxia NGC 2146.

“Una de las principales preguntas 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. “Aún faltan muchos enlaces, así que esto es muy emocionante”.

Entendiendo la supernova de captura de electrones

Daichi Hiramatsu, un estudiante graduado de la Universidad de California, Santa Bárbara y el Observatorio Las Cumbres, dirigió un equipo de observación que recopiló datos sobre la supernova 2018zd durante dos años después de que se observó por primera vez. Cuantos más datos recopilaron, más se dieron cuenta los investigadores de que este podría ser el primer ejemplo de una supernova de captura de electrones.

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La teoría de Nomoto sobre estas supernovas sugiere que llevan una firma química inusual después de ocurrir, que los investigadores observaron en los datos de 2018zd. También coincidió 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, pequeña radiactividad, un núcleo rico en elementos como oxígeno, neón y magnesio, y una estrella tipo Rama Gigante Súper Asintótica. Estas estrellas SAGB, que son raras, son viejas estrellas gigantes rojas hinchadas.

“Comenzamos preguntando ‘¿qué es este bicho raro?’ Luego examinamos todos los aspectos de SN 2018zd y nos dimos cuenta de que todos 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 livianas para evitar que sus núcleos colapsen, pero tampoco son lo suficientemente pesadas para crear elementos más pesados que prolongan la vida, como el hierro.

“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 núcleo- colapsar supernovas “, dijo Alex Filippenko, profesor de astronomía en 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 mostraban la estrella antes y después de explotar les ayudó a confirmar el tipo de supernova que ocurrió.

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Y este tipo de supernova es probablemente responsable de una nebulosa que iluminó los cielos hace casi mil años, según los investigadores.

Creando la Nebulosa del Cangrejo

En 1054, se produjo una supernova en nuestra galaxia, la Vía Láctea, que era tan brillante que podía 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 creado por una supernova de captura de electrones.

Si bien la Nebulosa del Cangrejo ha sido considerada durante mucho tiempo el ejemplo más conocido de supernova de captura de electrones, si existió, había algunas dudas porque el evento sucedió hace mucho tiempo.

El brillo de la supernova probablemente se vio reforzado por el material arrojado por la explosión que colisionó con material previamente liberado de la estrella, algo que también se vio durante la supernova 2018zd.

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“Estoy muy contento de que finalmente se descubrió la supernova de captura de electrones, que mis colegas y yo predijimos que existía y tenía una conexión con la Nebulosa del Cangrejo hace 40 años”, dijo Nomoto en un comunicado. “Aprecio mucho los grandes esfuerzos involucrados en la obtención de estas observaciones. Este es un caso maravilloso de combinación de observaciones y teoría”.

Nebulosa del Cangrejo

“Fue un «momento Eureka» para todos nosotros que podemos contribuir a cerrar el ciclo teórico de 40 años, y para mí personalmente porque mi carrera en astronomía comenzó cuando miré las impresionantes imágenes del Universo en el biblioteca de la escuela secundaria, una de las cuales fue la icónica Nebulosa del Cangrejo tomada por el Telescopio Espacial Hubble “, agregó Hiramatsu.

Los astrónomos continuarán la búsqueda para ver si pueden encontrar más ejemplos de supernovas de captura de electrones.

“El término Rosetta Stone se usa con demasiada frecuencia como una analogía cuando encontramos un nuevo objeto astrofísico, pero en este caso creo que es apropiado”, dijo Andrew Howell, científico de planta del Observatorio Las Cumbres y profesor adjunto de la Universidad de California, Santa Bárbara, en un comunicado.

“Esta supernova nos está ayudando literalmente a decodificar registros milenarios de culturas de todo el mundo”, dijo Howell, quien también participó en el estudio. “Y nos está ayudando a asociar una cosa que no entendemos completamente, la Nebulosa del Cangrejo, con otra cosa de la que tenemos registros modernos increíbles, esta supernova. En el proceso, nos está enseñando sobre física fundamental: cómo se hacen 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”.