Un equipo internacional de astrónomos, incluido el profesor Mike Barlow de la UCL (University College London), ha descubierto la primera evidencia concluyente de que existe una estrella de neutrones en el centro de la Supernova 1987A, una explosión estelar observada hace 37 años.
Las supernovas son el espectacular resultado final del colapso de estrellas con una masa entre 8 y 10 veces la del Sol. Son las principales fuentes de elementos químicos (como carbono, oxígeno, silicio y hierro) que hacen posible la vida. El núcleo colapsado de estas estrellas en explosión puede dar como resultado estrellas de neutrones mucho más pequeñas, compuestas de la materia más densa del universo conocido, o agujeros negros.
La supernova 1987A, ubicada en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana vecina, fue la supernova más cercana y brillante vista en el cielo nocturno en 400 años.
Los neutrinos, partículas subatómicas inimaginablemente pequeñas, se produjeron en la supernova y se detectaron en la Tierra (23 de febrero de 1987) el día antes de que se observara la supernova, lo que indica que debe haberse formado una estrella de neutrones. Sin embargo, no se sabe si la estrella de neutrones persistió o colapsó en un agujero negro, ya que la estrella quedó oscurecida por el polvo que se formó después de la explosión.
En el nuevo estudio, publicado en la revista Science , los investigadores utilizaron dos instrumentos del Telescopio Espacial James Webb (JWST), MIRI y NIRSpec, para observar la supernova en longitudes de onda infrarrojas y encontraron evidencia de átomos pesados de argón y azufre cuyos electrones externos habían sido despojados (es decir, los átomos habían sido ionizados). cerca de donde ocurrió la explosión estelar.
El equipo modeló varios escenarios y descubrió que estos átomos sólo podrían haber sido ionizados por radiación ultravioleta y de rayos X de una estrella de neutrones que se enfriaba caliente o, alternativamente, por los vientos de partículas relativistas aceleradas por una estrella de neutrones que gira rápidamente e interactúan con material de supernova circundante (nebulosa del viento púlsar).
Si el primer escenario es cierto, la superficie de la estrella de neutrones estaría a aproximadamente un millón de grados, habiéndose enfriado desde aproximadamente 100 mil millones de grados en el momento de la formación en el núcleo del colapso más de 30 años antes.
El coautor, el profesor Mike Barlow (Física y Astronomía de la UCL), dijo:"Nuestra detección con los espectrómetros MIRI y NIRSpec de James Webb de fuertes líneas de emisión de argón ionizado y azufre desde el centro mismo de la nebulosa que rodea a la Supernova 1987A es evidencia directa de la presencia de una fuente central de radiación ionizante Nuestros datos sólo pueden equiparse con una estrella de neutrones como fuente de energía de esa radiación ionizante.
"Esta radiación puede ser emitida desde la superficie de millones de grados de la estrella de neutrones caliente, así como por una nebulosa de viento púlsar que podría haberse creado si la estrella de neutrones estuviera girando rápidamente y arrastrando partículas cargadas a su alrededor.
"El misterio sobre si una estrella de neutrones se esconde en el polvo ha durado más de 30 años y es emocionante que lo hayamos resuelto.
"Las supernovas son las principales fuentes de elementos químicos que hacen posible la vida, por eso queremos que nuestros modelos sean correctos. No hay otro objeto como la estrella de neutrones en la Supernova 1987A, tan cerca de nosotros y que se haya formado tan recientemente. Porque la El material que lo rodea se está expandiendo, veremos más a medida que pase el tiempo."
El profesor Claes Fransson (Universidad de Estocolmo, Suecia), autor principal del estudio, dijo:"Gracias a la magnífica resolución espacial y a los excelentes instrumentos del JWST hemos podido, por primera vez, sondear el centro de la supernova y lo que fue creado allí.
"Ahora sabemos que existe una fuente compacta de radiación ionizante, probablemente proveniente de una estrella de neutrones. Lo estábamos buscando desde el momento de la explosión, pero tuvimos que esperar a que JWST pudiera verificar las predicciones."
El Dr. Patrick Kavanagh (Universidad de Maynooth, Irlanda), otro autor del estudio, dijo:"Fue muy emocionante observar las observaciones JWST de SN 1987A por primera vez. Mientras comprobamos los datos MIRI y NIRSpec, la emisión muy brillante de argón en el centro de SN 1987A. Inmediatamente supimos que se trataba de algo especial que finalmente podría responder a la pregunta sobre la naturaleza del objeto compacto."
El profesor Josefin Larsson (Real Instituto de Tecnología (KTH), Suecia), coautor del estudio, dijo:"Esta supernova sigue ofreciéndonos sorpresas. Nadie había predicho que el objeto compacto sería detectado a través de una línea de emisión súper fuerte desde argón, así que es divertido que así sea como lo encontramos en el JWST."
Los modelos indican que los átomos pesados de argón y azufre se producen en gran abundancia debido a la nucleosíntesis dentro de estrellas masivas inmediatamente antes de que exploten.
Mientras que la mayor parte de la masa de la estrella en explosión se expande ahora a una velocidad de hasta 10.000 km/segundo y se distribuye en un gran volumen, los átomos de argón y azufre ionizados se observaron cerca del centro donde se produjo la explosión.
La radiación ultravioleta y de rayos X que se cree que ionizó los átomos se predijo en 1992 como una firma única de una estrella de neutrones recién creada.
Estos átomos ionizados fueron detectados por los instrumentos MIRI y NIRSpec de James Webb utilizando una técnica llamada espectroscopia, donde la luz se dispersa en un espectro, lo que permite a los astrónomos medir la luz en diferentes longitudes de onda para determinar las propiedades físicas de un objeto, incluida su composición química.
Un equipo de UCL en el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard diseñó y construyó la fuente de calibración de NIRSpec, que permite al instrumento realizar mediciones más precisas al proporcionar una iluminación de referencia uniforme de sus detectores.
En el nuevo estudio participaron investigadores del Reino Unido, Irlanda, Suecia, Francia, Alemania, Estados Unidos, Países Bajos, Bélgica, Suiza, Austria, España y Dinamarca.
SN 1987A es la supernova más estudiada y mejor observada de todas.
Estalló el 23 de febrero de 1987 en la Gran Nube de Magallanes, en el cielo del sur, a una distancia de 160.000 años luz, y fue la supernova más cercana desde la última supernova observada a simple vista por Johannes Kepler en 1604. Durante varios meses antes de que se desvaneciera, SN 1987A pudo ser visto a simple vista incluso a esta distancia.
Aún más importante es que es la única supernova detectada a través de sus neutrinos. Esto es muy significativo ya que se predijo que el 99,9% de la enorme energía emitida en este evento se perdería en forma de partículas que interactúan extremadamente débilmente.
El 0,1% restante aparece en la energía de expansión del remanente y como luz. De la enorme cantidad (unos 10 elevados a 58) de neutrinos emitidos, unos 20 fueron detectados por tres detectores diferentes alrededor de la Tierra, a partir del colapso en el núcleo de la estrella el 23 de febrero a las 7:35:35 UT.
SN 1987A fue también la primera supernova en la que se pudo identificar la estrella que explotó a partir de imágenes tomadas antes de la explosión. Además de los neutrinos, el resultado más interesante del colapso y la explosión es la predicción de que se formó un agujero negro o una estrella de neutrones. Este constituye sólo el núcleo central de la estrella colapsada, con una masa de 1,5 veces la del sol. El resto es expulsado con una velocidad de hasta el 10% de la velocidad de la luz, formando el remanente en expansión que observamos directamente hoy.
La "larga" duración de 10 segundos de la explosión de neutrinos indicó la formación de una estrella de neutrones, pero a pesar de varias indicaciones interesantes de observaciones de radio y rayos X, hasta ahora no se había encontrado evidencia concluyente de un objeto compacto, y fue la principal prueba restante. problema sin resolver para SN 1987A.
Una razón importante para esto puede ser la gran masa de partículas de polvo que sabemos que se formó durante los años posteriores a la explosión. Este polvo podría bloquear la mayor parte de la luz visible del centro y, por lo tanto, ocultar el objeto compacto en longitudes de onda visibles.
En su estudio, los autores discuten dos posibilidades principales:o la radiación de la recién nacida estrella de neutrones caliente de millones de grados o, alternativamente, la radiación de partículas energéticas aceleradas en el fuerte campo magnético de la estrella de neutrones que gira rápidamente (púlsar). Se trata del mismo mecanismo que opera en la famosa nebulosa del Cangrejo con su púlsar en el centro, que es el remanente de la supernova observada por los astrónomos chinos en 1054.
Los modelos de estos dos escenarios dan como resultado predicciones similares para el espectro, que concuerdan bien con las observaciones, pero son difíciles de distinguir. Es posible que otras observaciones con JWST y telescopios terrestres en luz visible, así como con el Telescopio Espacial Hubble, puedan distinguir estos modelos.
En cualquier caso, estas nuevas observaciones con JWST proporcionan evidencia convincente de la existencia de un objeto compacto, muy probablemente una estrella de neutrones, en el centro de SN 1987A.
En resumen, estas nuevas observaciones del JWST, junto con las observaciones anteriores del progenitor y los neutrinos, proporcionan una imagen completa de este objeto único.
Más información: C. Fransson, Líneas de emisión debidas a radiación ionizante de un objeto compacto en el remanente de Supernova 1987A, Ciencia (2024). DOI:10.1126/ciencia.adj5796. www.science.org/doi/10.1126/science.adj5796
Información de la revista: Ciencia
Proporcionado por University College London
