Las supernovas, los violentos finales de las breves pero brillantes vidas de las estrellas masivas, se encuentran entre los eventos más catastróficos del cosmos. Aunque las supernovas marcan la muerte de las estrellas, también desencadenan el nacimiento de nuevos elementos y la formación de nuevas moléculas.

En febrero de 1987, Los astrónomos presenciaron cómo uno de estos eventos se desarrolló dentro de la Gran Nube de Magallanes, una pequeña galaxia enana ubicada aproximadamente a 160, 000 años luz de la Tierra.

Durante los próximos 30 años, Las observaciones del remanente de esa explosión revelaron detalles nunca antes vistos sobre la muerte de las estrellas y cómo se crearon los átomos en esas estrellas, como el carbono, oxígeno, y nitrógeno:se derraman al espacio y se combinan para formar nuevas moléculas y polvo. Estas partículas microscópicas pueden eventualmente encontrar su camino hacia las futuras generaciones de estrellas y planetas.

Recientemente, Los astrónomos utilizaron el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) para sondear el corazón de esta supernova. llamado SN 1987A. La capacidad de ALMA para ver detalles extraordinariamente finos permitió a los investigadores producir una intrincada representación tridimensional de moléculas recién formadas dentro del remanente de supernova. Estos resultados se publican en el Cartas de revistas astrofísicas .

Los investigadores también descubrieron una variedad de moléculas previamente no detectadas en el remanente. Estos resultados aparecen en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society .

"Cuando esta supernova explotó, ahora hace más de 30 años, Los astrónomos sabían mucho menos sobre la forma en que estos eventos remodelan el espacio interestelar y cómo el calor, los escombros brillantes de una estrella que explotó eventualmente se enfrían y producen nuevas moléculas, "dijo Rémy Indebetouw, astrónomo de la Universidad de Virginia y del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) en Charlottesville. "Gracias a ALMA, finalmente podemos ver el frío 'polvo de estrellas' a medida que se forma, revelando importantes conocimientos sobre la propia estrella original y la forma en que las supernovas crean los bloques de construcción básicos de los planetas ".

Los astrónomos que utilizaron datos de ALMA crearon una imagen tridimensional de moléculas forjadas en el remanente de una supernova, SN 1987A. Las áreas de color púrpura indican la ubicación de las moléculas de monóxido de silicio (SiO). El área amarilla es la ubicación de las moléculas de monóxido de carbono (CO). El anillo azul son datos reales del Hubble (hidrógeno, o H-alfa) que se ha expandido artificialmente a 3-D. Crédito:ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), R. Indebetouw; NASA / ESA Hubble

Supernovas - Star Death to Dust Birth

Antes de las investigaciones en curso de SN 1987A, Los astrónomos no podían decir mucho sobre el impacto de las supernovas en sus vecindarios interestelares.

Era bien sabido que las estrellas masivas, aquellos de aproximadamente 10 veces la masa de nuestro sol o más, terminó sus vidas de manera espectacular.

Cuando estas estrellas se quedan sin combustible, ya no hay suficiente calor y energía para luchar contra la fuerza de la gravedad. Los confines de la estrella una vez sostenida por el poder de la fusión, luego se derrumbó contra el núcleo con una fuerza tremenda. El rebote de este colapso desencadena una poderosa explosión que lanza material al espacio.

Como punto final de estrellas masivas, Los científicos han aprendido que las supernovas tienen efectos de gran alcance en sus galaxias de origen. "La razón por la que algunas galaxias tienen la apariencia que tienen hoy es en gran parte debido a las supernovas que han ocurrido en ellas, ", Dijo Indebetouw." Aunque menos del diez por ciento de las estrellas se convierten en supernovas, sin embargo, son clave para la evolución de las galaxias ".

Esta visualización científica ilustra la evolución de la Supernova 1987A desde el hinchamiento inicial de la estrella anfitriona y la explosión de la supernova hasta la onda de choque en expansión y la formación de moléculas detectadas por ALMA en el remanente. Crédito:A. Angelich y B. Saxton, NRAO / AUI / NSF; R. Indebetouw y col., A. Angelich (NRAO / AUI / NSF); NASA / STScI / CfA / R. Kirshner; NASA / CXC / SAO / PSU / D. Burrows y col .; ESO; NASA / CXC / D.Berry / MIT / T.Delaney et al .; Laboratorio de Imagen Conceptual del Centro de Vuelo Espacial Goddard / NASA; ESO / C. Malin / B. Tafreshi / José Francisco Salgado. Música:Geodesium

En todo el universo observable, las supernovas son bastante comunes, pero como aparecen, en promedio, una vez cada 50 años en una galaxia del tamaño de la Vía Láctea, los astrónomos tienen muy pocas oportunidades de estudiar uno desde su primera detonación hasta el punto en que se enfría lo suficiente como para formar nuevas moléculas. Aunque SN 1987A no está en nuestra galaxia de origen, todavía está lo suficientemente cerca como para que ALMA y otros telescopios lo estudien con gran detalle.

Capturando una imagen 3D de SN1987A con ALMA

Por décadas, radio, óptico, e incluso los observatorios de rayos X han estudiado SN 1987A, pero el polvo oscuro en el remanente hizo difícil analizar el núcleo más interno de la supernova. La capacidad de ALMA para observar en longitudes de onda milimétricas, una región del espectro electromagnético entre la luz infrarroja y la luz de radio, permite ver a través del polvo intermedio. Luego, los investigadores pudieron estudiar la abundancia y la ubicación de las moléculas recién formadas, especialmente el monóxido de silicio (SiO) y el monóxido de carbono (CO). que brillan intensamente en las cortas longitudes de onda submilimétricas que ALMA puede percibir.

La nueva imagen y animación de ALMA muestran grandes nuevas reservas de SiO y CO en discretas, grupos enredados dentro del núcleo de SN 1987A. Los científicos modelaron previamente cómo y dónde aparecerían estas moléculas. Con ALMA, los investigadores finalmente pudieron capturar imágenes con una resolución lo suficientemente alta para confirmar la estructura dentro del remanente y probar esos modelos.

Aparte de obtener esta imagen tridimensional de SN 1987A, Los datos de ALMA también revelan detalles convincentes sobre cómo sus condiciones físicas han cambiado y continúan cambiando con el tiempo. Estas observaciones también proporcionan información sobre las inestabilidades físicas dentro de una supernova.

Nuevos conocimientos de SN 1987A

Observaciones anteriores con ALMA verificaron que SN 1987A producía una gran cantidad de polvo. Las nuevas observaciones brindan aún más detalles sobre cómo la supernova hizo el polvo, así como el tipo de moléculas que se encuentran en el remanente.

"Uno de nuestros objetivos era observar SN 1987A en una búsqueda ciega de otras moléculas, ", dijo Indebetouw." Esperábamos encontrar monóxido de carbono y monóxido de silicio, ya que habíamos detectado previamente estas moléculas ". Los astrónomos, sin embargo, estaban emocionados de encontrar las moléculas previamente no detectadas de catión de formilo (HCO +) y monóxido de azufre (SO).

"Estas moléculas nunca antes se habían detectado en un remanente de supernova joven, "señaló Indebetouw." El HCO + es especialmente interesante porque su formación requiere una mezcla particularmente vigorosa durante la explosión. "Las estrellas forjan elementos en capas discretas parecidas a cebollas. Cuando una estrella se convierte en supernova, estas bandas una vez bien definidas se someten a una mezcla violenta, ayudando a crear el ambiente necesario para la formación de moléculas y polvo.

Los astrónomos estiman que aproximadamente 1 de cada 1000 átomos de silicio de la estrella que explotó se encuentra ahora en moléculas de SiO que flotan libremente. La inmensa mayoría del silicio ya se ha incorporado a los granos de polvo. Incluso la pequeña cantidad de SiO presente es 100 veces mayor que la predicha por los modelos de formación de polvo. Estas nuevas observaciones ayudarán a los astrónomos a perfeccionar sus modelos.

Estas observaciones también encuentran que el diez por ciento o más del carbono dentro del remanente se encuentra actualmente en moléculas de CO. Solo unos pocos de cada millón de átomos de carbono están en moléculas de HCO +.

Nuevas preguntas e investigaciones futuras

Aunque las nuevas observaciones de ALMA arrojaron luz importante sobre SN 1987A, todavía quedan varias preguntas. ¿Exactamente qué tan abundantes son las moléculas de HCO + y SO? ¿Hay otras moléculas que aún no se han detectado? ¿Cómo seguirá cambiando la estructura tridimensional de SN 1987A con el tiempo?

Las futuras observaciones de ALMA en diferentes longitudes de onda también pueden ayudar a determinar qué tipo de objeto compacto (un púlsar o una estrella de neutrones) reside en el centro del remanente. La supernova probablemente creó uno de estos densos objetos estelares, pero hasta ahora no se ha detectado ninguno.