Astrónomos han encontrado un vínculo directo entre las muertes explosivas de estrellas masivas y la formación de los objetos más compactos y enigmáticos en el universo: agujeros negros y estrellas de neutrones.

Esta representación artística se basa en las secuelas de la explosión de una supernova tal como fue observada por dos equipos de astrónomos con el Very Large Telescope (VLT) y el New Technology Telescope (NTT) de ESO. Crédito: ESO/L. Calçada.

Con la ayuda del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) y el Telescopio de Nuevas Tecnologías (NTT) de ESO, dos equipos lograron observar las secuelas de una explosión de supernova en una galaxia cercana, encontrando evidencia del misterioso objeto compacto que dejó.

Cuando las estrellas masivas llegan al final de sus vidas, colapsan bajo su propia gravedad tan rápidamente que surge una violenta explosión conocida como supernova. Los astrónomos creen que, después de toda la emoción de la explosión, lo que queda es el núcleo ultra denso, o remanente compacto, de la estrella. Dependiendo de cuán masiva sea la estrella, el remanente compacto será una estrella de neutrones —un objeto tan denso que una cucharadita de su material pesaría alrededor de un trillón de kilogramos aquí en la Tierra— o un agujero negro —un objeto del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar—.

A lo largo del tiempo, se han encontrado muchas pistas que insinúan esta cadena de eventos en el pasado, como una estrella de neutrones dentro de la Nebulosa del Cangrejo, la nube de gas dejada cuando una estrella explotó hace casi mil años. Pero nunca antes habían visto este proceso suceder en tiempo real, lo que significa que la evidencia directa de una supernova dejando un remanente compacto ha sido esquiva.

«En nuestro trabajo, establecemos un vínculo directo», dijo Ping Chen, un investigador del Instituto Weizmann de Ciencia de Israel y autor principal de un estudio publicado hoy en Nature y presentado en la reunión 243 de la Sociedad Astronómica Americana en Nueva Orleans, EE.UU.

El golpe de suerte de los investigadores llegó en mayo de 2022, cuando el astrónomo aficionado sudafricano Berto Monard descubrió la supernova SN 2022jli en el brazo espiral de la galaxia cercana NGC 157, ubicada a 75 millones de años luz de distancia. Dos equipos separados dirigieron su atención hacia las secuelas de esta explosión y revelaron que tenía un comportamiento único.

Secuencia repetitiva

Tras la explosión, el brillo de la mayoría de las supernovas simplemente se desvanece con el tiempo; los astrónomos ven un declive suave y gradual en la «curva de luz». Pero el comportamiento de SN 2022jli es muy peculiar: a medida que el brillo general disminuye, no lo hace de manera suave, sino que oscila hacia arriba y hacia abajo cada 12 días aproximadamente.

«En los datos de SN 2022jli vemos una secuencia repetitiva de aumento y disminución del brillo», detalló Thomas Moore, un estudiante de doctorado en la Universidad Queen's de Belfast, Irlanda del Norte, quien dirigió un estudio de la supernova publicado a finales del año pasado en The Astrophysical Journal. «Esta es la primera vez que se detectan oscilaciones periódicas repetidas, durante muchos ciclos, en la curva de luz de una supernova».

Ambos equipos, el de Moore y el de Chen, creen que la presencia de más de una estrella en el sistema SN 2022jli podría explicar este comportamiento. De hecho, no es inusual que las estrellas masivas estén en órbita con una estrella compañera en lo que se conoce como un sistema binario, y la estrella que causó SN 2022jli no fue una excepción. Lo notable de este sistema, empero, es que la estrella compañera parece haber sobrevivido a la muerte violenta de su pareja y los dos objetos —el remanente compacto y la compañera— probablemente siguieron orbitándose mutuamente.

Un objeto compacto y su estrella compañera. Crédito: ESO/L. Calçada.

Los datos recopilados por el equipo de Moore, que incluyeron observaciones con el NTT de ESO en el Desierto de Atacama en Chile, no les permitieron precisar exactamente cómo la interacción entre los dos objetos causó los picos y valles en la curva de luz. Pero el equipo de Chen tuvo observaciones adicionales. Encontraron las mismas fluctuaciones regulares en el brillo visible del sistema que el equipo de Moore había detectado, y también observaron movimientos periódicos de gas de hidrógeno y ráfagas de rayos gamma en el sistema. Sus observaciones fueron posibles gracias a una serie de instrumentos en tierra y en el espacio, incluido X-shooter en el VLT de ESO, también ubicado en Chile.

Robo de energía

Reuniendo todas las pistas, los dos equipos generalmente coinciden en que cuando la estrella compañera interactuó con el material expulsado durante la explosión de la supernova, su atmósfera rica en hidrógeno se expandió más de lo habitual. Luego, a medida que el objeto compacto dejado después de la explosión se desplazaba a través de la atmósfera de la compañera en su órbita, robaría gas de hidrógeno, formando un disco caliente de materia a su alrededor. Este robo periódico de materia, o acreción, liberó mucha energía que se detectó como cambios regulares de brillo en las observaciones.

Esta ilustración muestra el proceso mediante el cual una estrella masiva dentro de un sistema binario se convierte en una supernova. Esta secuencia de eventos tuvo lugar en la supernova SN 2022jli y fue revelada a los investigadores a través de observaciones con el Very Large Telescope (VLT) y el New Technology Telescope (NTT) de ESO. Crédito: ESO/L. Calçada.

Aunque los equipos no pudieron observar la luz proveniente del objeto compacto en sí, concluyeron que este robo energético solo puede deberse a una estrella de neutrones invisible, o posiblemente a un agujero negro, atrayendo materia de la atmósfera hinchada de la estrella compañera.

«Nuestra investigación es como resolver un rompecabezas reuniendo todas las pruebas posibles», dijo Chen. «Todas estas piezas alineándose conducen a la verdad».

Con la presencia de un agujero negro o una estrella de neutrones confirmada, aún queda mucho por descubrir sobre este enigmático sistema, incluida la naturaleza exacta del objeto compacto o qué final podría esperar a este sistema binario. Telescopios de próxima generación como el Extremely Large Telescope de ESO, programado para comenzar a funcionar a fines de esta década, ayudarán con esto, permitiendo a los astrónomos revelar detalles sin precedentes.

Fuente: ESO. Edición: MP.

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