Identifican desde Chile un inusual sistema estelar que creará una kilonova en la Vía Láctea

(CNN) – Un sistema estelar inusual creó más efervescencia y menos explosión cuando explotó en una supernova.

La deslucida explosión, conocida como supernova “ultradespojada”, llevó a los investigadores a descubrir las dos estrellas a 11.000 años luz de distancia de la Tierra.

Es la primera detección confirmada de un sistema estelar que algún día creará una kilonova, cuando las estrellas de neutrones chocan y explotan, liberando oro y otros elementos pesados ​​al espacio. Se cree que el raro par estelar es uno de los 10 como este en la galaxia de la Vía Láctea.

El descubrimiento tardó mucho en llegar.

En 2016, el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA detectó un gran destello de luz de rayos X, que se originó en la misma región del cielo donde se encontraba una estrella caliente y brillante de tipo Be.

Los astrónomos tenían curiosidad por saber si los dos podrían vincularse potencialmente, por lo que los datos se capturaron utilizando el telescopio de 1,5 metros del Observatorio Interamericano Cerro Tololo en el norte de Chile.

Uno de los interesados ​​en usar estos datos para aprender más sobre la estrella fue el Dr. Noel D. Richardson, ahora profesor asistente de física y astronomía en la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle.

En 2019, Clarissa Pavao, una estudiante de pregrado de la universidad, se acercó a Richardson mientras tomaba su clase de astronomía para preguntarle si tenía algún proyecto en el que pudiera trabajar para adquirir experiencia en la investigación astronómica. Compartió los datos del telescopio con ella y durante la pandemia, Pavao aprendió a trabajar con los datos del telescopio en Chile y a limpiarlos para reducir la distorsión.

“El telescopio mira una estrella y capta toda la luz para que puedas ver los elementos que componen esta estrella, pero las estrellas Be tienden a tener discos de materia a su alrededor”, dijo Pavao. “Es difícil ver directamente a través de todas esas cosas”.

Envió sus resultados iniciales, que se parecían a algo así como un diagrama de dispersión, a Richardson, quien reconoció que había fijado una órbita para el sistema de estrellas dobles. Las observaciones de seguimiento les ayudaron a verificar la órbita del sistema estelar binario, llamado CPD-29 2176.

Pero esa órbita no era lo que esperaban. Por lo general, las estrellas binarias giran una alrededor de la otra en una órbita de forma ovalada. En CPD-29 2176, una estrella orbita alrededor de la otra en un patrón circular que se repite cada 60 días.

Las dos estrellas, una más grande y una más pequeña, giraban una alrededor de la otra en una órbita muy cercana. Con el tiempo, la estrella más grande había comenzado a arrojar su hidrógeno, liberando material sobre la estrella más pequeña, que creció de 8 o 9 veces la masa de nuestro sol a 18 o 19 veces la masa de nuestro sol, dijo Richardson. En aras de la comparación, la masa de nuestro sol es 333.000 veces la de la Tierra.

Esta infografía muestra la evolución del sistema estelar CPD-29 2176. CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

La estrella principal se hizo cada vez más pequeña mientras construía la estrella secundaria, y cuando agotó todo su combustible, no había suficiente para crear una supernova masiva y energética para liberar el material restante al espacio.

En cambio, la explosión fue como encender un fuego artificial fallido.

“La estrella estaba tan agotada que la explosión ni siquiera tuvo suficiente energía para impulsar (su) órbita a la forma elíptica más típica que se ve en binarias similares”, dijo Richardson.

Lo que quedó después de la supernova ultra-despojada fue un remanente denso conocido como estrella de neutrones, que ahora orbita la estrella masiva que gira rápidamente. El par estelar permanecerá en una configuración estable durante unos 5 a 7 millones de años. Debido a que tanto la masa como el momento angular se transfirieron a la estrella Be, libera un disco de gas para mantener el equilibrio y asegurarse de que no se rompa.

Eventualmente, la estrella secundaria también quemará su combustible, se expandirá y liberará material como lo hizo la primera. Pero ese material no se puede apilar fácilmente en la estrella de neutrones, por lo que, en cambio, el sistema estelar liberará el material a través del espacio. La estrella secundaria probablemente experimentará una supernova mediocre similar y se convertirá en una estrella de neutrones.

Con el tiempo, es decir, probablemente un par de miles de millones de años, las dos estrellas de neutrones se fusionarán y eventualmente explotarán en una kilonova, liberando elementos pesados ​​como el oro en el universo.

“Esos elementos pesados ​​nos permiten vivir de la manera que lo hacemos. Por ejemplo, la mayor parte del oro fue creado por estrellas similares a la reliquia de supernova o estrella de neutrones en el sistema binario que estudiamos. La astronomía profundiza nuestra comprensión del mundo y nuestro lugar en él”, dijo Richardson.

“Cuando miramos estos objetos, estamos mirando hacia atrás en el tiempo”, dijo Pavao. “Podemos saber más sobre los orígenes del universo, lo que nos dirá hacia dónde se dirige nuestro sistema solar. Como humanos, comenzamos con los mismos elementos que estas estrellas”.

Un estudio que detalla sus hallazgos publicado el miércoles en la revista Nature.

Richardson y Pavao también trabajaron con el físico Jan J. Eldridge de la Universidad de Auckland en Nueva Zelanda, un experto en sistemas de estrellas binarias y su evolución. Eldridge revisó miles de modelos de estrellas binarias y estimó que es probable que solo haya 10 en toda la galaxia de la Vía Láctea similares a la de su estudio.

A continuación, los investigadores quieren trabajar para aprender más sobre la estrella Be y esperan realizar observaciones de seguimiento utilizando el Telescopio Espacial Hubble. Pavao también tiene la vista puesta en graduarse y continuar trabajando en la investigación de física espacial utilizando las nuevas habilidades que ha adquirido.

“Nunca pensé que estaría trabajando en la historia evolutiva de los sistemas estelares binarios y las supernovas”, dijo Pavao. “Ha sido un proyecto increíble”.