El descubrimiento de un nuevo tipo de supernova arroja luz sobre un misterio medieval

Un equipo global dirigido por científicos de la Universidad de California en Santa Bárbara en el Observatorio Las Cumbres ha descubierto la primera evidencia convincente de un nuevo tipo de explosión estelar: una supernova capturadora de electrones. Si bien las teorías se han elaborado durante un período de 40 años, los ejemplos de la vida real han sido esquivos. Se cree que surgieron a partir de explosiones de estrellas masivas de ramificación gigante de ramificación súper cerrada (SAGB), de las que también ha habido poca evidencia. El descubrimiento fue publicado en astronomía natural, también arroja nueva luz sobre el misterio de la supernova de mil años de 1054 d.C. que era visible en todo el mundo durante el día, antes de convertirse finalmente en la Nebulosa del Cangrejo.

Históricamente, las supernovas se clasificaron en dos tipos principales: colapso termonuclear y núcleo de hierro. Una supernova termonuclear es la explosión de una estrella enana blanca después de adquirir material en un sistema estelar binario. Estas enanas blancas son los densos núcleos de ceniza que quedan después de que una estrella de baja masa (una masa de hasta ocho veces la masa del Sol) llega al final de su vida. Una supernova de colapso del núcleo de hierro ocurre cuando una estrella masiva, 10 veces la masa del Sol, se queda sin combustible nuclear y su núcleo de hierro colapsa, produciendo un agujero negro o una estrella de neutrones. Entre estos dos tipos principales de supernovas hay una supernova capturadora de electrones. Estas estrellas dejan de fusionarse cuando sus núcleos están hechos de oxígeno, neón y magnesio. No son lo suficientemente masivos para formar hierro.

Si bien la gravedad siempre intenta aplastar una estrella, lo que evita que la mayoría de las estrellas colapsen es la fusión continua o, en los núcleos donde la fusión se ha detenido, el hecho de que no se pueden ensamblar átomos con más fuerza. En una supernova de captura de electrones, algunos de los electrones en los núcleos de oxígeno, neón y magnesio de sus núcleos atómicos se descomponen en un proceso llamado captura de electrones. Esta eliminación de electrones hace que el núcleo de la estrella se doble por su propio peso y colapse, dando como resultado una supernova que captura el electrón.

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Si una estrella es un poco más pesada, es posible que los elementos básicos se fusionen para formar elementos más pesados, extendiendo su vida. Así que es una especie de modo inverso leve: la estrella no es lo suficientemente liviana para escapar del colapso de su núcleo, ni es lo suficientemente pesada como para prolongar su vida y luego morir por diversos medios.

Esta es la teoría formulada por Kenichi Nomoto de la Universidad de Tokio y otros en 1980. Durante décadas, los teóricos han hecho predicciones sobre qué buscar en una supernova capturadora de electrones y su predecesora estelar SAGB. Las estrellas deben haber tenido mucha masa, gran parte de ella se perdió antes de la explosión, y esa masa cerca de la estrella moribunda debe haber tenido una composición química inusual. Entonces, la supernova capturadora de electrones debe ser débil, tener poca lluvia radiactiva y tener elementos ricos en neutrones en el núcleo.

Impresiones artísticas de una estrella de rama gigante súper cerrada, cuyo núcleo está formado por oxígeno, neón y magnesio. Este es el estado final de las estrellas alrededor de 8-10 masas solares, cuyos núcleos tienen una presión soportada por electrones. Cuando el núcleo se vuelve lo suficientemente denso, el neón y el magnesio comienzan a devorar los electrones, lo que reduce la presión del núcleo y conduce a una explosión de supernova.

Fuente de la imagen: S. Wilkinson; Observatorio de la Universidad de Las Cumbres

El nuevo estudio condujo Daiichi Hiramatsu, estudiante de posgrado de la Universidad de California, Santa Bárbara y el Observatorio Las Cumbres (LCO). Hiramatsu es un miembro central del Global Supernova Project, un equipo global de científicos que usa docenas de telescopios alrededor y por encima del mundo. El equipo descubrió que la supernova SN 2018zd tiene muchas propiedades inusuales, algunas de las cuales se vieron por primera vez en una supernova.

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Fue ayudado por el hecho de que la supernova estaba relativamente cerca, a solo 31 millones de años luz de distancia, en NGC 2146. Esto permitió al equipo examinar imágenes de archivo tomadas por el Telescopio Espacial Hubble antes de la explosión y descubrir la posible estrella predecesora anterior. . explotó. Las observaciones fueron consistentes con otra estrella SAGB recientemente identificada en la Vía Láctea, pero inconsistentes con los modelos de planetas gigantes rojos, los antepasados ​​de las supernovas regulares de colapso del núcleo de hierro.

Los autores analizaron todos los datos publicados sobre supernovas y descubrieron que, si bien algunos tienen pocos indicadores previstos de supernovas capturadoras de electrones, solo SN 2018zd tiene los seis: un claro predecesor de SAGB, una fuerte pérdida de masa antes de la supernova y una no- estrella existente Normal. Composición química, explosión débil, poca radiactividad y un núcleo rico en neutrones.

“Empezamos preguntando, ‘¿Qué es este bicho raro?’”, Dijo Hiramatsu. “Luego, examinamos todos los aspectos de SN 2018zd y nos dimos cuenta de que todos podrían explicarse en un escenario de captura de electrones”.

Los nuevos descubrimientos también arrojan luz sobre algunas de las supernovas más famosas del pasado. En 1054 d.C., se produjo una supernova en la Vía Láctea que, según los registros chinos y japoneses, era tan brillante que se podía ver de día durante 23 días y de noche durante unos dos años. El remanente resultante, la Nebulosa del Cangrejo, se ha estudiado con gran detalle.

Imagen compuesta de la Nebulosa del Cangrejo

Esta imagen compuesta de la Nebulosa del Cangrejo se compiló combinando datos de cinco telescopios que abarcan casi todo el ancho del espectro electromagnético.

Fuente de la imagen: NASA, ESA, NRAO / AUI / NSF y G. DUBNER (UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES)

La Nebulosa del Cangrejo fue una vez el mejor candidato para una supernova capturadora de electrones, pero su estado era incierto en parte porque la explosión ocurrió hace casi mil años. El nuevo hallazgo aumenta la confianza en que la histórica SN 1054 fue una supernova capturadora de electrones. También explica por qué esta supernova es relativamente brillante en comparación con los modelos: su luminosidad puede haber sido mejorada artificialmente por colisiones de supernova con material liberado por la estrella progenitora como se ve en SN 2018zd.

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Ken Nomoto, de Kavli IPMU en la Universidad de Tokio, se mostró complacido con la confirmación de su teoría. “Estoy muy satisfecho con el descubrimiento de la supernova capturadora de electrones, que mis colegas y yo predijimos que existiría y estaría relacionada con la Nebulosa del Cangrejo hace 40 años”, dijo. “Agradezco enormemente el gran esfuerzo que se hizo para obtener estas observaciones. Este es un caso maravilloso de combinar observaciones y teoría”.

Hiramatsu agregó: “Fue un ‘momento eureka’ para todos nosotros en el que podemos contribuir a cerrar el ciclo teórico de 40 años, y para mí personalmente porque mi carrera en astronomía comenzó cuando miré las asombrosas imágenes del universo. en la biblioteca de la escuela secundaria, uno de ellos fue la icónica Nebulosa del Cangrejo capturada por el Telescopio Espacial Hubble “.

“El término Rosetta Stone se usa mucho como analogía cuando encontramos un nuevo objeto astrofísico”, dijo. Andrew Howell, científico del Observatorio Las Cumbres y profesor adjunto de UCSD, “Pero en este caso creo que es apropiado. Esta supernova nos ayuda literalmente a descifrar registros de miles de años de culturas de todo el mundo. Nos ayuda a conectar algo que no No entiendo. Al igual que, la Nebulosa del Cangrejo, algo más tenemos registros recientes increíbles, esta supernova. En el proceso, aprendimos sobre física básica: cómo se forman algunas estrellas de neutrones, cómo viven y mueren las estrellas extremas, y cómo los elementos que hacemos formarse y extenderse por todo el universo “. Howell también es el líder del proyecto de supernova global, y el autor principal es el Ph.D. de Hiramatsu. Asesor.

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