28 de mayo de 2015

[NatGeo] Historia de cuatro supernovas

por Nadia Drake
(Versión traducida de "A Tale of Four Supernovas")

Las explosiones son eventos caóticos, y más especialmente cuando se producen a escala cósmica.

Imagen 1: SNR 0519 es un remanente fantasmal de una supernova de tipo 1a que explotó en la constelación de Dorado. Créditos: ESA/Hubble, NASA. Agradecimientos: Claude Cornen.

En ocasiones las enanas blancas mueren estallando en forma de supernova produciendo un destello tan luminoso que puede llegar eclipsar a su propia galaxia. Los astrónomos usan estas explosiones, las llamadas supernovas tipo 1a, para calcular distancias cósmicas. A finales de 1990 las observaciones de este tipo de supernova revelaron que el universo se está expandiendo cada vez más rápido. La fuerza que hay detrás de esta aceleración, llamada energía oscura, sigue siendo enigmática, pero los descubridores de esta expansión obtuvieron el Premio Nobel en 2011 y es considerado algo fundamental en cosmología.

Sin embargo, a pesar de su papel fundamental para el conocimiento de las distancias cósmicas, las supernovas de tipo 1a todavía guardan secretos. La explosión de una enana blanca, tanto en términos de la explosión como de los ingredientes estelares por la que se producen, siguen siendo un enigma. Dos estudios publicados la semana pasada en la revista Nature están ayudando a resolver la cuestión de los ingredientes necesarios que, en un primer momento, las observaciones parecían estar en desacuerdo con lo propuesto en estos artículos.

En conjunto, los estudios hablan de "una interesante historia sobre el proceso que conduce a las supernovas de tipo 1a", comenta el astrónomo Joshua Bloom de la Universidad de Berkeley (Estados Unidos). "Es notable la importancia que las supernovas de tipo 1a tenían -y siguen teniendo- para la cosmología, dado lo relativamente poco que sabemos sobre de la diversidad de su formación".

Imagen 2: Supernova tipo 1a llamada SN-1994D en la galaxia NGC 4526 vista por el Hubble. Créditos: NASA/ESA, The Hubble Key Project Team and The High-Z Supernova Search Team.

Enanas condenadas

Las enanas blancas son los cadáveres de estrellas similares al Sol. Son increíblemente densas ya que poseen la masa de aproximadamente un Sol contenida en un tamaño similar al de la Tierra. Cuando están solas, las enanas blancas van perdiendo brillo hasta mostrarse negras en un proceso que puede durar miles de millones de años.

Pero las enanas blancas que tienen una estrella como compañera pueden sufrir un destino muy distinto. En ocasiones ocurre que las dos estrellas están lo suficientemente cercanas como para que la gran fuerza gravitatoria de la enana robe material de su compañera y si gana la suficiente masa, una explosión termonuclear desmedida hace que la estrella estalle en pedazos.

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Durante mucho tiempo los científicos pensaban que las enanas blancas se aprovechaban de una gran estrella compañera como una gigante roja que es grande y fácil de robarle material. Sin embargo, observaciones previas a la explosión de una supernovas de tipo 1a no han logrado identificar ninguna compañera del tipo gigante roja. Remanentes de supernovas cercanas muestran igualmente la escasa evidencia de compañeras gigantes; éstas no serían destruidas durante la explosión sino que la onda de choque la expulsaría del sistema.

Otras observaciones han sugerido que estas enanas condenadas podrían estar ligadas a una estrella normal de la secuencia principal, como el Sol.

Imagen 3: Los científicos no encontraron evidencias de una compañera gigante roja en el remanente de supernova SNR0509-67.5 en la Gran Nube de Magallanes. Créditos: rayos X: NASA/CXC/SAO/J.Hughes et al, Óptico: NASA/ESA/Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

Existía una posibilidad, apoyada con múltiples observaciones, que afirmaba que era extremadamente improbable -hasta la última década más o menos- que las supernovas de tipo 1a pudieran ser las convulsiones de una muerte producida cuando dos enanas blancas se fusionan. Estos sistemas formados por dos enanas blancas se conocen como sistemas "double-degenerate" (doble degeneración), porque las enanas blancas se estabilizan por presión de degeneración de electrones.

Diferentes pares de estrellas que producen explosiones de tipo 1a preocupan a algunos científicos porque se plantean cómo con diferentes ingredientes de partida se pueden producir explosiones similares. Por ahora, los datos sugieren que mientras al menos una enana blanca esté involucrada, es posible que "los tipo 1a puedan provenir de cualquier cosa", dice Brad Tucker, de la Universidad de Berkeley (Estados Unidos) y de la Universidad Nacional de Australia.

Una historia de cuatro supernovas

La semana pasada unos artículos publicados en Nature parecen aclarar estas ideas.

Uno de los estudios informa que cuando una supernova de tipo 1a estalló en mayo de 2014, los restos de la explosión chocaron contra la estrella compañera. La colisión produjo un pulso de luz ultravioleta que los científicos pudieron detectar utilizando la sonda Swift de la NASA, que se giró para ver la explosión cuatro días después de que se produjera. "Es la primera vez que observa que este tipo de choque induce un destello en una explosión de tipo 1a", dice Yi Cao, investigador de Caltech (Estados Unidos) y autor principal del estudio. Indica también que la compañera de la enana no es otra enana blanca. Ese compañero fue, probablemente, una estrella de la secuencia principal de mayor tamaño.

Imagen 4: Simulación por ordenador que muestra los deshechos producidos por la explosión de una enana blanca (en rojo) chocando contra su estrella compañera (en azul). Créditos: UC Berkeley, Daniel Kasen.

El segundo estudio usó datos del cazador de exoplanetas Kepler de la NASA para observar tres explosiones casi desde su inicio, producidas en 2011 y 2012.

Esas tres supernovas, descritas por Rob Olling de la Universidad de Maryland (Estados Unidos) donde la más cercana se encuentra a unos 600 millones de años luz y la más alejada, a 2.000 millones de años luz, se parecen a las de tipo 1a. Pero a diferencia del equipo de Cao, Olling y su equipo no vieron la breve variación en el brillo producida al chocar con la estrella compañera. "Los datos apoyan la idea de que las compañeras son bastante compactas; la explicación más probable es que sean sistemas de doble degeneración, es decir, cuando dos enanas blancas se fusionan", afirma Saurabh Jha de la Universidad de Rutgers (Estados Unidos).

Manzanas con manzanas

Si bien estos resultados pueden parecer contradictorios en la medida de que los ingredientes involucrados son distintos, en realidad se ajustan bastante bien, lo que hace pensar que existe una pieza más en el rompecabezas que hay que tener en cuenta, y esto ha quedado demostrado con los años. Dicho de una manera muy simple, algunas son más brillante de lo normal y otras son más tenues. "No se trata sólo de manzanas", explica Olling. "Hay de la variedades Granny Smiths, Jonagolds y Braeburns, y no sabemos cuántas variedades más existen".

La supernova descrita por Cao probablemente sea el resultado de una enana blanca que ha robado material de una estrella normal, ofreciendo uno de los brillos más tenues. Es similar a una familia conocida como supernova tipo 1ax, que es menos luminosa que la clásica 1a, como una especie de "prima especial" como dice Jha, o un "bicho raro", como la define Tucker.

Por el contrario, las supernovas descritos por Olling son explosiones tipo 1a normales, esto es, con un brillo predecible que se puede utilizar para medir distancias cósmicas. Probablemente sea el resultado de dos enanas blancas que se fusionan y se convierten en una bomba nuclear gigante.

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 "Cosmológicamente, las supernovas tipo 1a tienden a mostrarse de la misma manera, lo cual es genial", dice Tucker. "Y luego están los bichos raros. Me gustan los bichos raros. A todos nos gustan los bichos raros, menos a la cosmología".
Por lo tanto, ¿podría ser que cuando dos enanas blancas se fusionan produzcan supernovas tipo 1a normales, mientras que los sistemas con una sola enana blanca y una estrella distinta produzcan explosiones peculiares?
En cualquier caso, no sólo es cada vez más evidente que las explosiones de tipo 1a tienen distintos orígenes, sino que está quedando claro que esas circunstancias que las definen no siempre generan la misma supernova. Tal vez, y sólo tal vez, los científicos estén cada vez más cerca de determinar exactamente cómo funcionan.

Imagen 5: Supernova que estalló en 2014 en la Galaxia del Cigarro, siendo la explosión de supernova más cercana en tres décadas. Créditos: NASA, ESA, A. Goobar (Stockholm University), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
Puedes leer el texto original en National Geografic:
Los artículos científicos a los que hace referencia el texto son los siguientes:
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