Figura 1:La impresión de un artista muestra cómo un pez fútbol de neón imaginario devora los electrones dentro del núcleo de una estrella. Crédito:Kavli IPMU
Un equipo internacional de investigadores ha descubierto que el neón dentro de una determinada estrella masiva puede consumir los electrones del núcleo, un proceso llamado captura de electrones, lo que hace que la estrella colapse en una estrella de neutrones y produzca una supernova.
Los investigadores estaban interesados en estudiar el destino final de las estrellas dentro de un rango de masa de ocho a 10 masas solares. o de ocho a diez veces la masa del sol. Este rango de masa es importante porque incluye el límite entre si una estrella tiene una masa lo suficientemente grande como para sufrir una explosión de supernova y formar una estrella de neutrones, o tiene una masa más pequeña para formar una estrella enana blanca sin convertirse en supernova.
Una estrella de ocho a diez masas solares comúnmente forma un núcleo compuesto de oxígeno, magnesio y neón (figura 1). El núcleo es rico en electrones degenerados, lo que significa que hay una abundancia de electrones en un espacio denso con suficiente energía para sostener el núcleo contra la gravedad. Una vez que la densidad del núcleo sea lo suficientemente alta, los electrones son consumidos por magnesio y luego por neón, que también se encuentran dentro del núcleo. Estudios anteriores han confirmado que el magnesio y el neón pueden comenzar a devorar los electrones una vez que la masa del núcleo se ha acercado a la masa límite de Chandrasekhar. un proceso llamado captura de electrones, pero se ha debatido si la captura de electrones puede provocar la formación de estrellas de neutrones. Un equipo multiinstitucional de investigadores estudió la evolución de una estrella con una masa solar de 8.4 y realizó simulaciones por computadora para encontrar una respuesta.
Figura 2:(a) El núcleo de una estrella contiene oxígeno, neón, y magnesio. Una vez que la densidad del núcleo se vuelve lo suficientemente alta, (b) el magnesio y el neón comienzan a comer electrones e inducen un colapso. (c) Entonces la quema de oxígeno se enciende y produce núcleos de grupos de hierro y protones libres, que comen más y más electrones para promover un mayor colapso del núcleo. (d) Finalmente, el núcleo que colapsa se convierte en una estrella de neutrones en el centro, y la capa exterior explota para producir una supernova. Crédito:Zha et al
Usando datos recientemente actualizados por Suzuki para tasas de captura de electrones dependientes de la densidad y dependientes de la temperatura, simularon la evolución del núcleo de la estrella, que es apoyado por la presión de electrones degenerados contra la propia gravedad de la estrella. Como el magnesio y principalmente el neón se comen los electrones, el número de electrones disminuyó y el núcleo se contrajo rápidamente (Figura 2).
La captura de electrones también liberó calor. Cuando la densidad central del núcleo excedió 10 10 g / cm 3 , el oxígeno en el núcleo comenzó a quemar materiales en la región central del núcleo, convirtiéndolos en núcleos de grupos de hierro como el hierro y el níquel. La temperatura se elevó tanto que los protones se liberaron y escaparon. Luego, los electrones se volvieron más fáciles de capturar por protones libres y núcleos de grupos de hierro, y la densidad era tan alta que el núcleo colapsó sin producir una explosión termonuclear.
Con las nuevas tasas de captura de electrones, Se descubrió que la quema de oxígeno se produce ligeramente descentrada. Sin embargo, el colapso formó una estrella de neutrones y provocó una explosión de supernova, mostrando que puede ocurrir una supernova de captura de electrones.
Figura 3:La Nebulosa del Cangrejo, un remanente de la supernova en 1054 (SN 1054; observado por antiguos astrónomos en China, Japón y árabe). Nomoto y col. (1982) sugirió que SN 1054 podría ser causado por la captura de electrones de una supernova de una estrella con una masa inicial de aproximadamente nueve veces la del sol. Crédito:NASA, ESA, J. DePasquale (STScI), y R. Hurt (Caltech / IPAC)
Un cierto rango de masa de estrellas con ocho a 10 masas solares formaría enanas blancas compuestas de oxígeno-magnesio-neón por pérdida de envoltura debido a la pérdida de masa del viento estelar. Si la pérdida de masa del viento es pequeña, por otra parte, la estrella sufre la supernova de captura de electrones, como se encuentra en su simulación.
El equipo sugiere que la supernova de captura de electrones podría explicar las propiedades de la supernova registrada en 1054 que formó la Nebulosa del Cangrejo. según lo propuesto por Nomoto et al. en 1982 (Figura 3).
Estos resultados fueron publicados en El diario astrofísico el 15 de noviembre 2019.
