Las supernovas son algunos de los eventos más enérgicos y poderosos del Universo observable. Y aunque sabemos que las supernovas son responsables de crear los elementos pesados necesarios para todo, desde planetas hasta personas y herramientas eléctricas, los científicos han luchado durante mucho tiempo para determinar la mecánica detrás del colapso repentino y la posterior explosión de estrellas masivas.
Ahora, gracias a la misión NuSTAR de la NASA, tenemos nuestras primeras pistas sólidas sobre lo que sucede antes de que una estrella "aumente".
La imagen de arriba muestra el remanente de supernova Cassiopeia A (o Cas A para abreviar) con datos de NuSTAR en azul y observaciones del Observatorio de rayos X Chandra en rojo, verde y amarillo. Es la onda de choque que quedó de la explosión de una estrella de 15 a 25 veces más masiva que nuestro Sol hace más de 330 años *, y brilla en varias longitudes de onda de luz dependiendo de las temperaturas y los tipos de elementos presentes.
Las observaciones previas con Chandra revelaron emisiones de rayos X de los depósitos y filamentos de gas caliente rico en hierro en expansión en Cas A, pero no pudieron mirar lo suficientemente profundo como para tener una mejor idea de lo que hay dentro de la estructura. No fue hasta que la matriz de telescopios espectroscópicos nucleares de la NASA, que es NuSTAR para los que saben, convirtió su visión de rayos X en Cas A, que se pudieron encontrar las piezas del rompecabezas que faltaban.
Y están hechos de titanio radiactivo.
Se han realizado muchos modelos (utilizando millones de horas de tiempo de supercomputadora) para tratar de explicar las supernovas de colapso del núcleo. Uno de los principales tiene la estrella destrozada por poderosos aviones que disparan desde sus polos, algo que está asociado con explosiones de rayos gamma aún más potentes (pero enfocados). Pero no parecía que los jets fueran la causa con Cas A, que no exhibe restos elementales dentro de sus estructuras de chorro ... y además, los modelos que dependen solo de jets no siempre resultaron en una supernova en toda regla.
Resulta que la presencia de grupos asimétricos de titanio radioactivo dentro de las conchas de Cas A, revelados en rayos X de alta energía por NuSTAR, apuntan a un proceso sorprendentemente diferente en juego: un "chapoteo" de material dentro del progenitor estrella que inicia una onda expansiva y finalmente la desgarra.
Mire una animación de cómo ocurre este proceso:
El chapoteo, que ocurre en un lapso de tiempo de apenas unos cientos de milisegundos, literalmente en un abrir y cerrar de ojos, se asemeja al agua hirviendo en una estufa. Cuando las burbujas atraviesan la superficie, el vapor entra en erupción.
Solo en este caso, la erupción conduce a la detonación increíblemente poderosa de una estrella entera, lanzando una onda de choque de partículas de alta energía al medio interestelar y dispersando una tabla periódica de elementos pesados en la galaxia.
En el caso de Cas A, se expulsó titanio-44, en grupos que hacen eco de la forma de la asimetría de chapoteo original. NuSTAR pudo obtener imágenes y mapear el titanio, que brilla en rayos X debido a su radioactividad (y no porque se calienta al expandir las ondas de choque, como otros elementos más claros visibles para Chandra).
"Hasta que tuvimos NuSTAR no pudimos ver realmente el núcleo de la explosión", dijo el astrónomo de Caltech Brian Grefenstette durante una teleconferencia de la NASA el 19 de febrero.
"Anteriormente, era difícil interpretar lo que estaba sucediendo en Cas A porque el material que podíamos ver solo brilla en los rayos X cuando se calienta. Ahora que podemos ver el material radiactivo, que brilla en los rayos X sin importar qué, estamos obteniendo una imagen más completa de lo que estaba sucediendo en el centro de la explosión ".
- Brian Grefenstette, autor principal, Caltech
Bien, muy bien, dices. NuSTAR de la NASA ha encontrado el resplandor de titanio en los restos de una estrella explotada, Chandra vio algo de hierro, y sabemos que se derramó y "hirvió" una fracción de segundo antes de explotar. ¿Y qué?
"Ahora debería preocuparse por esto", dijo el astrónomo Robert Kirshner del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica. "Las supernovas fabrican los elementos químicos, así que si compraste un automóvil estadounidense, no se fabricó en Detroit hace dos años; Los átomos de hierro en ese acero fueron fabricados en una antigua explosión de supernova que tuvo lugar hace cinco mil millones de años. Y NuSTAR muestra que el titanio que está en la cadera de reemplazo de su tío Jack también se hizo en esa explosión.
"Todos somos polvo de estrellas, y NuSTAR nos muestra de dónde venimos. Incluyendo nuestras piezas de repuesto. Así que deberías preocuparte por esto ... y también tu tío Jack.
Y no son solo las supernovas de colapso del núcleo lo que NuSTAR podrá investigar. También se examinarán otros tipos de supernovas: en el caso de SN2014J, un Tipo Ia que se detectó en M82 en enero, incluso justo después de que ocurran.
"Sabemos que son un tipo de estrella enana blanca que detona", respondió la investigadora principal de NuSTAR, Fiona Harrison, a la revista Space durante la teleconferencia. "Esta es una noticia muy emocionante ... NuSTAR ha estado mirando [SN2014J] durante semanas, y esperamos poder decir algo sobre esa explosión también".
Uno de los logros más valiosos de los recientes hallazgos de NuSTAR es tener un nuevo conjunto de restricciones observadas para colocar en futuros modelos de supernovas de colapso del núcleo ... que ayudarán a proporcionar respuestas, y probablemente nuevas preguntas, sobre cómo explotan las estrellas, incluso cientos o miles de años después de que lo hagan.
"NuSTAR es pionero de la ciencia, y hay que esperar que cuando obtenga nuevos resultados, se abrirán tantas preguntas como responda", dijo Kirshner.
Lanzado en junio de 2012, NuSTAR es el primer telescopio de rayos X de enfoque duro en orbitar la Tierra y el primer telescopio capaz de producir mapas de elementos radiactivos en restos de supernovas.
Lea más sobre el comunicado de prensa de JPL aquí, y escuche la conferencia de prensa completa aquí.
* Como Cas A reside a 11,000 años luz de la Tierra, la fecha real de la supernova sería hace unos 11,330 años. Da o toma unos pocos.
