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Domingo, septiembre 25, 2022

Análisis forense de supernovas: ocho años después, una misteriosa explosión estelar sigue revelando secretos

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La supernova conocida como 2014C tuvo lugar hace ocho años, pero los científicos siguen observando y aprendiendo de sus consecuencias. La explosión muy débilmente visible se muestra en un círculo rojo. Crédito: Encuesta Sloan Digital Sky


Un estudio que incluye a investigadores de la Universidad de Chicago analiza las secuelas de la supernova de 2014.

Un grupo internacional de astrónomos ha descubierto nuevas pistas sobre una misteriosa explosión estelar que se descubrió hace ocho años, pero continúa evolucionando incluso mientras los científicos observan.

Los resultados ayudan a los astrónomos a comprender mejor el proceso de cómo las estrellas masivas, gigantes mucho más grandes que nuestro sol, viven y mueren.


El estudio fue publicado en The Astrophysical Journal por un grupo liderado por la Universidad de Texas en Austin (UT Austin) y que incluye científicos del Universidad de Chicago.

Las vidas de 2014C

En 2014, los astrónomos detectaron un punto brillante repentino en el cielo, una señal segura de que una estrella había explotado en el espacio.

Cuando se detecta por primera vez una estrella en explosión, los astrónomos de todo el mundo corren para seguirla con telescopios, ya que la luz que emite cambia rápidamente con el tiempo. Observando cómo evoluciona, usando telescopios que pueden ver luz visible y también rayos X, ondas de radio y luz infrarroja, los científicos pueden deducir las características físicas del sistema.

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Este esquema muestra las diversas eyecciones y vientos (rojo y morado) emitidos por la estrella en explosión (izquierda, amarillo). El disco de envoltura común (azul) rodea a ambas estrellas, la que explota como supernova y su pareja binaria (no se muestra). La capa límite alrededor del disco de envoltura común es la fuente del hidrógeno que detectó el equipo. Crédito: B. Thomas y otros/UT Austin

Al hacer esto muchas veces, los astrónomos han identificado firmas y agrupado estas estrellas en explosión en categorías. 2014C, como se llamó este evento en particular, se parecía a lo que se llama una supernova Tipo Ib. Son lo que sucede cuando mueren las estrellas más grandes conocidas en el universo.

De hecho, los científicos creen que 2014C probablemente no era originalmente una sino dos estrellas que orbitaban entre sí, una más grande que la otra. La estrella más masiva evolucionó más rápidamente, se expandió y su capa exterior de hidrógeno fue succionada. Cuando finalmente se quedó sin combustible, su núcleo colapsó, provocando una explosión gigantesca.

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Investigador Prof. Vikram Dwarkadas


Sin embargo, las observaciones en los primeros 500 días después de la explosión mostraron que estaba emitiendo más, Rayos X a lo largo del tiempo, lo cual era inusual y solo se vio en una pequeña cantidad de supernovas. "Sugirió que la onda de choque estaba interactuando con material denso", dijo Vikram Dwarkadas, profesor de investigación de astronomía y astrofísica de la Universidad de Chicago.

El grupo se dispuso a recopilar todos los datos sobre 2014C, incluidos los nuevos datos que obtuvieron, así como de los estudios de los últimos ocho años, y encajarlos en una imagen cohesiva de lo que le sucedió a la estrella.

Las emisiones de rayos X, la luz infrarroja y las ondas de radio mostraron el patrón distintivo de aumento y luego disminución. Mientras tanto, la luz óptica, medida por el Telescopio Hobby-Eberly de UT Austin, parecía permanecer estable. La señal de radio mostró que la onda de choque se expandía a una velocidad muy alta, mientras que la luz óptica indicaba una velocidad mucho más lenta.

Los investigadores sugirieron que el comportamiento extraño tenía que ver con una densa nube de hidrógeno alrededor de las dos estrellas que quedó de antes en sus vidas.

Cuando la estrella explotó, produjo una onda de choque que viajó a una velocidad de aproximadamente 67 millones de millas por hora en todas las direcciones. A medida que la onda de choque alcanzara esta nube, su comportamiento se vería afectado por la forma de la nube.

Estas supernovas son lo que sucede cuando mueren las estrellas más grandes conocidas en el universo.

En el modelo más simple, se supondría que esta nube es esférica y simétrica. Sin embargo, si la nube hubiera formado una "rosquilla" alrededor de las dos estrellas, es decir, más gruesa en el centro, la parte más gruesa del anillo ralentizaría la onda de choque y se mostraría en la luz óptica como material de movimiento más lento. Mientras tanto, en las áreas más delgadas, la onda de choque avanzaría, como se ve en las ondas de radio. “Piensa en el agua golpeando una roca en el centro del río”, dijo Dwarkadas.

Quedan preguntas, dijeron los científicos, pero esta irregularidad podría explicar las diferentes velocidades de la onda de choque indicadas por las diferentes longitudes de onda.

El estudio proporcionó pistas valiosas sobre la evolución de estas estrellas y la pérdida de masa de estos sistemas y, en un sentido más amplio, sobre la vida y muerte de estas estrellas relativamente misteriosas, dijeron los científicos.



“En un sentido amplio, la cuestión de cómo las estrellas masivas pierden su masa es la gran pregunta científica que estábamos persiguiendo”, dijo el profesor de UT Austin y miembro del equipo J. Craig Wheeler. “¿Cuánta masa? ¿Dónde está? ¿Cuándo fue expulsado? ¿Por qué proceso físico? Esas eran las preguntas macro que buscábamos.

“Y 2014C resultó ser un evento único realmente importante que ilustra el proceso”.

Para obtener más información sobre esta investigación, consulte Extraordinaria supernova revela secretos a los astrónomos.

Referencia: "Siete años de SN 2014C: una síntesis de longitud de onda múltiple de una supernova extraordinaria" por Benjamin P. Thomas, J. Craig Wheeler, Vikram V. Dwarkadas, Christopher Stockdale, Jozsef Vinko, David Pooley, Yerong Xu, Greg Zeimann y Philip MacQueen, 4 de mayo de 2022, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac5fa6
arXiv: 2203.12747


El estudio fue dirigido por Benjamin Thomas de la Universidad de Texas en Austin. El otro investigador de la Universidad de Chicago en el artículo fue Yerong Xu, SM'20, ahora en la Universidad de Palermo en Italia. Para obtener la lista completa de colaboradores y telescopios, consulte el documento.

Financiamiento: Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., Departamento de Energía de EE. UU., NASA, Observatorio Chandra, Oficina Nacional de Investigación, Desarrollo e Innovación de Hungría.

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