Los astrónomos que utilizan el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA han anunciado el descubrimiento de un tipo importante de erupción de titanio desde el centro del remanente de supernova Cassiopeia A (Cas A), lo que podría ser un gran paso adelante en la comprensión de cómo explotarán algunas estrellas masivas. Los diferentes colores en esta nueva foto representan principalmente los elementos encontrados por Chandra en Cas A: hierro (naranja), oxígeno (púrpura) y la cantidad de silicio en comparación con el magnesio (verde). Se muestra el titanio (azul claro) detectado previamente por el telescopio NuSTAR de la NASA, pero no el otro tipo de titanio encontrado por Chandra. Estos datos de rayos X se superpusieron a la imagen de luz óptica del Telescopio Espacial Hubble (amarillo). Créditos de imagen: NASA / CXC / RIKEN / T. Sato et al; NuSTAR: NASA / NuSTAR
Los científicos han descubierto fragmentos de una explosión de titanio de una famosa supernova. Este descubrimiento, realizado con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, podría ser un paso importante para determinar exactamente cómo explotarán algunas estrellas gigantes.
Este trabajo se basa en las observaciones de Chandra de un remanente de supernova llamado Cassiopeia A (Cas A), ubicado en nuestra galaxia a unos 11.000 años luz de la Tierra. Este es uno de los remanentes de supernova más jóvenes conocidos, que tiene unos 350 años.
Durante años, los científicos han estado tratando de comprender cómo las estrellas masivas, aquellas de aproximadamente 10 veces la masa del Sol, explotarán cuando se queden sin combustible. Este resultado proporciona una nueva pista invaluable.
“Los científicos creen que la mayor parte del titanio que se utiliza en nuestra vida diaria, por ejemplo, en la electrónica o la joyería, se produce por la explosión de una estrella masiva”, dijo Toshiki Sato de la Universidad de Rikkyo en Japón, quien dirigió la investigación en el diario Naturaleza. “Pero hasta ahora, los científicos nunca han podido capturar el momento justo después de producir titanio estable”.
Cuando se agota la fuente de energía nuclear de una estrella masiva, el centro colapsa debido a la gravedad y forma un núcleo de estrella denso conocido como estrella de neutrones o, con menos frecuencia, agujero negro. Cuando se forma una estrella de neutrones, el interior de la estrella masiva que colapsa se refleja en la superficie del núcleo de la estrella, revirtiendo la implosión.
El calor de este cataclismo crea una onda de choque, similar a la onda de sonido de un chorro supersónico, que viaja hacia afuera a través del resto de la estrella condenada, generando nuevos elementos a medida que reacciona. Sin embargo, en muchos modelos de computadora de este proceso, la energía se pierde rápidamente y el viaje de la onda de choque se detiene, evitando que una supernova explote.
Simulaciones tridimensionales recientes por computadora sugieren que los neutrinos (partículas subatómicas de muy baja masa) que se forman durante la formación de la estrella de neutrones juegan un papel clave en la expulsión de burbujas que se alejan rápidamente de la estrella de neutrones. Estas burbujas continúan impulsando la onda de choque hacia adelante para desencadenar una explosión de supernova.
Gracias a la nueva investigación de Cas A, el equipo encontró evidencia poderosa de tal explosión inducida por neutrinos. En los datos de Chandra, encontraron que las estructuras en forma de dedo que se alejan del lugar de la explosión contienen titanio y cromo, superponiéndose a los residuos de hierro previamente detectados en Chandra. Las condiciones requeridas para la formación de estos elementos en reacciones nucleares, como la temperatura y la densidad, coinciden con las de las burbujas en las simulaciones que impulsan las explosiones.
El titanio, que fue encontrado por Chandra en Cas A y que es predicho por estas simulaciones, es un isótopo estable del elemento, lo que significa que la cantidad de neutrones contenidos en sus átomos significa que no cambia a otro bajo la influencia de la radiactividad. , elemento más ligero. Anteriormente, los astrónomos utilizaron el telescopio NuSTAR de la NASA para descubrir el isótopo inestable de titanio en varios lugares de Cas A. Cada 60 años, aproximadamente la mitad de este isótopo de titanio se convierte en escandio y luego en calcio.
“Nunca antes habíamos visto esta firma de burbujas de titanio en un remanente de supernova, lo que solo fue posible con imágenes increíblemente nítidas de Chandra”, dijo el coautor Keiichi Maeda de la Universidad de Kyoto en Japón. “Nuestro resultado es un paso importante para resolver cómo estas estrellas explotarán como supernovas”.
“Cuando ocurrió la supernova, se formaron fragmentos de titanio en las profundidades de la estrella masiva. Los fragmentos penetraron en la superficie de la estrella masiva, formando el borde del remanente de supernova Cas A ”, dijo el coautor Shigehiro Nagataki de RIKEN Cluster for Pioneering Research en Japón.
Estos resultados apoyan firmemente la idea de una explosión inducida por neutrinos para explicar al menos algunas supernovas.
“Nuestra investigación puede ser la observación más importante del papel de los neutrinos en las explosiones masivas de estrellas desde el descubrimiento de los neutrinos de la supernova 1987A”, dijo el coautor Takashi Yoshida de la Universidad de Kyoto en Japón.
Los astrónomos utilizaron más de un millón y medio de segundos, o más de 18 días, del tiempo de observación de Chandra desde Cas A entre 2000 y 2018. La cantidad de titanio estable producido en Cas A supera la masa total de la Tierra.
Estos resultados se publicaron en el número Naturaleza. Además de Sato, Maeda, Nagataka y Yoshida, los autores del artículo son Brian Grefenstette (Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California), Brian J. Williams (Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland), Hideyuki Umeda (Universidad de Tokio, Japón), Masaomi Ono (RIKEN Cluster for Pioneering Research en Japón) y Jack Hughes (Rutgers University en Piscataway, NJ).
El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de Rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla la investigación científica de Cambridge, Massachusetts, y las operaciones aéreas de Burlington, Massachusetts.
Proporcionado por el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica