Un nuevo método para medir la temperatura de los átomos durante la muerte explosiva de una estrella ayudará a los científicos a comprender la onda de choque que se produce como resultado de esta explosión de supernova. Un equipo internacional de investigadores, incluido un científico de Penn State, observaciones combinadas de un remanente de supernova cercano, la estructura que queda después de la explosión de una estrella, con simulaciones para medir la temperatura de los átomos de gas de movimiento lento que rodean la estrella mientras son calentados por el material impulsado hacia afuera por la explosión.

El equipo de investigación analizó las observaciones a largo plazo del remanente de supernova cercano SN1987A utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y creó un modelo que describe la supernova. El equipo confirmó que la temperatura incluso de los átomos más pesados, que aún no se había investigado, está relacionada con su peso atómico. respondiendo una pregunta de larga data sobre las ondas de choque y proporcionando información importante sobre sus procesos físicos. Un artículo que describe los resultados aparece el 21 de enero, 2019, en el diario Astronomía de la naturaleza .

"Las explosiones de supernovas y sus remanentes proporcionan laboratorios cósmicos que nos permiten explorar la física en condiciones extremas que no se pueden duplicar en la Tierra, "dijo David Burrows, profesor de astronomía y astrofísica en Penn State y autor del artículo. "Telescopios e instrumentación astronómicos modernos, tanto en tierra como en el espacio, nos han permitido realizar estudios detallados de los remanentes de supernovas en nuestra galaxia y galaxias cercanas. Hemos realizado observaciones regulares del remanente de supernova SN1987A utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el mejor telescopio de rayos X del mundo, ya que poco después del lanzamiento de Chandra en 1999, y usó simulaciones para responder preguntas de larga data sobre ondas de choque ".

La muerte explosiva de una estrella masiva como SN1987A impulsa material hacia afuera a velocidades de hasta una décima parte de la velocidad de la luz. empujando ondas de choque hacia el gas interestelar circundante. Los investigadores están particularmente interesados ​​en el frente de choque, la abrupta transición entre la explosión supersónica y el gas de movimiento relativamente lento que rodea a la estrella. El frente de choque calienta este gas frío de movimiento lento a millones de grados, temperaturas lo suficientemente altas como para que el gas emita rayos X detectables desde la Tierra.

"La transición es similar a la que se observa en el fregadero de una cocina cuando un chorro de agua a alta velocidad golpea el fregadero, fluye suavemente hacia afuera hasta que salta bruscamente en altura y se vuelve turbulento, ", dijo Burrows." Los frentes de choque se han estudiado ampliamente en la atmósfera de la Tierra, donde ocurren en una región extremadamente estrecha. Pero en el espacio las transiciones de choque son graduales y pueden no afectar a los átomos de todos los elementos de la misma manera ".

El equipo de investigación dirigido por Marco Miceli y Salvatore Orlando de la Universidad de Palermo, Italia, midió las temperaturas de diferentes elementos detrás del frente de choque, lo que mejorará la comprensión de la física del proceso de choque. Se espera que estas temperaturas sean proporcionales al peso atómico de los elementos, pero las temperaturas son difíciles de medir con precisión. Estudios previos han dado lugar a resultados contradictorios con respecto a esta relación, y no han incluido elementos pesados ​​con altos pesos atómicos. El equipo de investigación recurrió a la supernova SN1987A para ayudar a abordar este dilema.

Supernova SN1987A, que se encuentra en la constelación cercana llamada Gran Nube de Magallanes, fue la primera supernova visible a simple vista desde la Supernova de Kepler en 1604. También es la primera en ser estudiada en detalle con instrumentos astronómicos modernos. La luz de su explosión llegó a la Tierra por primera vez el 23 de febrero. 1987, y desde entonces se ha observado en todas las longitudes de onda de la luz, desde ondas de radio hasta rayos X y ondas gamma. El equipo de investigación utilizó estas observaciones para construir un modelo que describe la supernova.

Los modelos de SN1987A se han centrado típicamente en observaciones únicas, pero en este estudio, los investigadores utilizaron simulaciones numéricas tridimensionales para incorporar la evolución de la supernova, desde su inicio hasta la edad actual. Una comparación de las observaciones de rayos X y el modelo permitió a los investigadores medir con precisión las temperaturas atómicas de diferentes elementos con una amplia gama de pesos atómicos. y confirmar la relación que predice la temperatura que alcanzará cada tipo de átomo en el gas interestelar.

"Ahora podemos medir con precisión las temperaturas de elementos tan pesados ​​como el silicio y el hierro, y han demostrado que de hecho siguen la relación de que la temperatura de cada elemento es proporcional al peso atómico de ese elemento, ", dijo Burrows." Este resultado resuelve un problema importante en la comprensión de las ondas de choque astrofísicas y mejora nuestra comprensión del proceso de choque ".