Cuando una estrella estable explota

  • El remanente de supernova G344.7-0.1 se encuentra a través de la Vía Láctea a unos 19.600 años luz de la Tierra.
  • Pertenece a una clase de supernovas llamada “Tipo Ia” que puede resultar de una enana blanca que acumula material de una estrella compañera hasta que explota.
  • Una nueva imagen compuesta contiene rayos X de Chandra (azul), datos infrarrojos de Spitzer (amarillo y verde) y datos de radio de dos telescopios (rojo).
  • Los datos de Chandra revelan diferentes elementos como hierro, silicio, azufre y otros encontrados después de la explosión estelar.

Las enanas blancas se encuentran entre las estrellas más estables.

Estas estrellas que han agotado la mayor parte de su combustible nuclear, suelen ser tan masivas como el Sol, y se han reducido a un tamaño relativamente pequeño y pueden durar miles de millones o incluso billones de años.

Sin embargo, una enana blanca con una estrella compañera cercana puede convertirse en un polvorín cósmico.

Si la órbita del compañero lo acerca demasiado, la enana blanca puede extraer material de él hasta que la enana blanca crezca tanto que se vuelva inestable y explote.

Este tipo de explosión estelar se llama supernova de tipo Ia.

Si bien los astrónomos generalmente aceptan que tales encuentros entre enanas blancas y estrellas compañeras “normales” son una fuente probable de explosiones de supernovas de tipo Ia, muchos detalles del proceso no se entienden bien.

Una forma de investigar el mecanismo de explosión es observar los elementos dejados por la supernova en sus escombros o eyecciones.

Esta imagen muestra G344.7-0.1, un remanente de supernova creado por una llamada supernova de tipo Ia, que representa rayos X de Chandra, datos infrarrojos de Spitzer y datos de radio del Very Large Array y el Australia Telescope Compact Array. Las supernovas de tipo Ia pueden ocurrir cuando una enana blanca extrae material de una estrella compañera hasta que la enana blanca crece tanto que se vuelve inestable y explota. Los estudios de los elementos dejados por la explosión como este son algunas de las mejores herramientas disponibles para los científicos para comprender mejor los detalles de las supernovas de tipo Ia. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Tokyo Univ. of Science/K. Fukushima, et al.; IR: NASA/JPL/Spitzer; Radio: CSIRO/ATNF/ATCA

Esta nueva imagen compuesta muestra G344.7-0.1, un remanente de supernova creado por una supernova de tipo Ia, a través de los ojos de diferentes telescopios.

Los rayos X del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA(azul) se han combinado con datos infrarrojos del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA (amarillo y verde), así como datos de radio del Very Large Array de la NSF y el Australia Telescope Compact Array de la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (rojo).

Chandra es una de las mejores herramientas disponibles para que los científicos estudien los restos de supernova y midan la composición y distribución de los elementos “pesados”, es decir, cualquier cosa que no sea hidrógeno y helio, que contienen.

Compuesto de rayos X de 3 colores. Crédito: NASA/CXC/Tokyo Univ. of Science/K. Fukushima, et al.

Los astrónomos estiman que G344.7-0.1 tiene entre 3.000 y 6.000 años de antigüedad en el marco temporal de la Tierra. 

Por otro lado, los remanentes de tipo Ia más conocidos y ampliamente observados, incluidos Kepler, Tychoy SN 1006,han explotado en el último milenio y vistas desde la Tierra.

Por lo tanto, esta mirada profunda a G344.7-0.1 con Chandra da a los astrónomos una ventana a una fase importante más adelante en la evolución de un remanente de supernova de tipo Ia.

Tanto la onda expansiva como los escombros estelares producen rayos X en los restos de supernovas.

A medida que los escombros se mueven hacia afuera de la explosión inicial, encuentra resistencia del gas circundante y se ralentiza, creando una onda de choque inversa que viaja hacia el centro de la explosión.

Este proceso es análogo a un atasco de tráfico en una autopista, donde a medida que pasan los tiempos, un número creciente de automóviles se detendrá o disminuirá la velocidad detrás del accidente, lo que hará que el atasco de tráfico viaje hacia atrás.

El choque inverso calienta los escombros a millones de grados, haciendo que brillen en los rayos X.

Compuesto de rayos X de 3 colores. Crédito: NASA/CXC/Tokyo Univ. of Science/K. Fukushima, et al.

Los restos de tipo Ia como Kepler, Tycho y SN 1006 son demasiado jóvenes para que el choque inverso tenga tiempo de viajar plausiblemente hacia atrás para calentar todos los escombros en el centro del remanente.

Sin embargo, la edad relativamente avanzada de G344.7-0.1 significa que el choque inverso se ha movido hacia atrás a través de todo el campo de escombros.

Una versión de color separada solo los datos de Chandra (imagen de arriba) muestra la emisión de rayos X del hierro (azul) y el silicio (rojo) respectivamente, y los rayos X producidos por la aceleración de los electrones a medida que son desviados por los núcleos de los átomos que están cargados positivamente (verde).

La región con la mayor densidad de hierro y las estructuras de silicio en forma de arco están etiquetadas.

La imagen de Chandra de G344.7-0.1 muestra que la región con la mayor densidad de hierro (azul) está rodeada por estructuras en forma de arco (verde) que contienen silicio.

Estructuras similares en forma de arco se encuentran para el azufre, el argón y el calcio.

Los datos de Chandra también sugieren que la región con el hierro de mayor densidad ha sido calentada por el choque inverso más recientemente que los elementos en las estructuras en forma de arco, lo que implica que se encuentra cerca del verdadero centro de la explosión estelar.

Estos resultados apoyan las predicciones de los modelos para explosiones de supernova de tipo Ia, que muestran que se producen elementos más pesados en el interior de una enana blanca en explosión.

Esta imagen de Chandra de tres colores también muestra que el hierro más denso se encuentra a la derecha del centro geométrico del remanente de supernova.

Esta asimetría es probablemente causada por el gas que rodea el remanente que es más denso a la derecha que a la izquierda.

Un artículo que describe estos resultados se publicó en la edición del 1 de julio de 2020 de The Astrophysical Journal. Los autores del estudio son Kotaro Fukushima (Universidad de Ciencias de Tokio, Japón), Hiroya Yamaguchi(JAXA),Patrick Slane (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian), Sangwook Park (Universidad de Texas, Austin), Satoru Katsuda (Universidad de Saitama, Japón), Hidetoshi Sano (Universidad de Nagoya, Japón), Laura López (Universidad Estatal de Ohio, Columbus), Paul Plucinsky (Centro de Astrofísica), Shogo Kobayashi (Universidad de Ciencias de Tokio) y Kyoko Matsushita (Universidad de Ciencias de Tokio). Los datos de radio fueron proporcionados por Elsa Giacani del Instituto de Astronomía y Física Espacial, quien dirigió un estudio de G344.7-0.1 publicado en 2011 en la revista Astronomy and Astrophysics.

Referencia: “Element Stratification in the Middle-aged SN Ia Remnant G344.7–0.1” by Kotaro Fukushima, Hiroya Yamaguchi, Patrick O. Slane, Sangwook Park, Satoru Katsuda, Hidetoshi Sano, Laura A. Lopez, Paul P. Plucinsky, Shogo B. Kobayashi and Kyoko Matsushita, 2 July 2020, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ab94a6

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