Primera evidencia sólida de restos de estrella de neutrones en el remanente de una supernova
Por: University College London.
22 de febrero de 2024
Combinación de una imagen del Telescopio Espacial Hubble de SN 1987A y la fuente compacta de argón. La fuente azul tenue en el centro es la emisión de la fuente compacta detectada con el instrumento JWST/NIRSpec. Crédito de la imagen: Telescopio espacial Hubble WFPC-3/Telescopio espacial James Webb NIRSpec/J. Larsson.
Un equipo internacional de astrónomos, liderado por expertos de la University College London (UCL), 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. Esta supernova 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.
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.
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 la 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 tendría 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.
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 ionizados de argón y azufre se observaron cerca del centro donde se produjo la explosión.
La radiación ultravioleta y de rayos X, que se cree que ionizó los átomos, fue predicha en 1992 como una firma única de una estrella de neutrones recién creada. Estos átomos ionizados fueron detectados por los instrumentos MIRI y NIRSpec del JWST 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.
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.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-02-astronomers-strong-evidence-neutron-star.html