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Astrónomos de la Universitat capturan en 3D el núcleo de una supernova

Astrónomos de la Universitat capturan en 3D el núcleo de una supernova

19/07/2017

Las supernovas —como se conoce al final explosivo de la corta pero resplandeciente vida de las estrellas masivas— son uno de los fenómenos más espectaculares del Universo. Aunque corresponden a la muerte de una estrella, las supernovas también provocan el nacimiento de nuevos elementos y la formación de moléculas que abundan en el cosmos.

Entre los restos de una estrella que explotó en Febrero de 1987 se encuentra un denso puñado de moléculas y polvo formado tras el enfriamiento de la misma. Un grupo de astrónomos contempló este fenómeno en la Supernova 1987A situada en la Gran Nube de Magallanes, una diminuta galaxia ubicada en la periferia de la Vía Láctea, a unos 163.000 años luz de la Tierra.

Durante los 30 años siguientes, las observaciones del remanente de esa explosión han revelado pormenores hasta entonces desconocidos de la muerte de las estrellas, y han mostrado cómo los átomos que allí se formaban (carbono, oxígeno y nitrógeno, entre otros) terminaban derramados en el espacio, formando nuevas moléculas y granos de polvo. Estas partículas microscópicas bien podían, algún día, dar origen a nuevas generaciones de estrellas y planetas.

Los astrónomos de la Universitat de València Fran Abellán y Jon Marcaide, junto a Rémy Indebetouw, de la Universidad de Virginia y del NRAO, en colaboración con científicos de diferentes países, han utilizado ahora el radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para estudiar el centro de la SN1987A. La capacidad de ALMA para observar detalles increíblemente diminutos ha permitido a los investigadores generar una impresionante imagen tridimensional de moléculas recién formadas dentro del remanente de supernova. Los resultados de esta investigación aparecen en la revista The Astrophysical Journal Letters.

El mapeo de las nuevas moléculas y la captación de la imagen en 3D de alta resolución de esta “fábrica de polvo” permiten entender mejor la relación entre el remanente de esta supernova y su galaxia anfitriona. “Por primera vez hemos observado que las explosiones de supernova son capaces de crear inmensas cantidades de polvo y moléculas que son liberadas al medio interestelar. Debido a esto, y a pesar de que las supernovas son fenómenos relativamente poco frecuentes en nuestra vecindad cósmica, hoy en día sabemos que el aspecto y la composición de las galaxias vienen determinados en gran medida por las supernovas que han ocurrido en ellas”, explica Fran Abellán (Dep. Astronomía y Astrofísica de la Universitat de València), primer firmante del artículo. “Además, supernovas como SN 1987A pueden golpear y calentar el gas que las rodea desencadenando la creación de nuevas estrellas e incluso planetas, que serían ricos en elementos como carbono, oxígeno y silicio, componentes indispensables para la vida tal y como la conocemos”, concluye.

Rémy Indebetouw, por su parte, afirma que “cuando la supernova explotó, hace ya más de 30 años, los astrónomos sabían mucho menos sobre cómo estos fenómenos alteran el espacio interestelar y cómo los escombros calientes y brillantes de una estrella que explotó terminan enfriándose y forjando nuevas moléculas. Gracias a ALMA, finalmente podemos ver cómo se forma el ‘polvo estelar’ frío y entender mejor la estrella original y la manera en que las supernovas crean los componentes básicos de los planetas”.

Supernova: de la muerte de una estrella al nacimiento del polvo

Antes de las observaciones actuales de SN 1987A, eran pocas las conclusiones que se podían sacar de estos fenómenos cósmicos explosivos. Se sabía a ciencia cierta que las estrellas masivas (de aproximadamente 10 veces la masa de nuestro Sol) se extinguían de manera bastante espectacular. Cuando estas estrellas agotan su combustible, no queda calor ni energía suficientes para luchar contra la fuerza de gravedad, y las zonas externas de la estrella, sostenidas hasta entonces por el poder de la fusión, hacen implosión con tremenda fuerza. El efecto de rebote de este colapso provoca una explosión que despide material hacia el espacio.

Las supernovas son bastante comunes en el universo observable. Sin embargo, como aparecen una vez cada 50 años en galaxias del tamaño de la Vía Láctea, los astrónomos tienen pocas oportunidades de estudiarlas desde su detonación hasta el momento en que se enfrían y forman nuevas moléculas. Aunque en estricto rigor no se encuentra en nuestra galaxia, SN 1987A está lo suficientemente cerca de nosotros como para que ALMA y otros telescopios puedan estudiarla en detalle.

Producción de una imagen en 3D de SN 1987A con ALMA

Los científicos han observado a la SN 1987A durante varias décadas con la ayuda de observatorios radioastronómicos, ópticos e incluso de rayos X, pero siempre han tenido dificultades para analizar su centro debido a la presencia de polvo remanente a su alrededor. La capacidad de ALMA para captar longitudes de onda milimétricas ha permitido observar a través del polvo y del gas, y analizar la abundancia y la ubicación de moléculas recién formadas, especialmente de monóxido de silicio (SiO) y monóxido de carbono (CO), que brillan con más fuerza en el espectro submilimétrico que ALMA observa.

Además de producir la primera imagen tridimensional de SN 1987A, ALMA ha revelado fascinantes detalles sobre cómo las condiciones físicas han cambiado con el tiempo y continúan cambiando. Estas observaciones también proporcionan información sobre las inestabilidades físicas de la supernova.

Nuevos hallazgos en SN 1987A

Las observaciones realizadas anteriormente con ALMA habían revelado que SN 1987A produjo una enorme cantidad de polvo. Las nuevas observaciones aportan más detalles tanto sobre la forma en que la supernova generó todo ese polvo como sobre la emisión molecular de SiO y CO.

“Los resultados que hemos obtenido –comenta el catedrático de Astronomía y Astrofísica Jon Marcaide– nos dan información sobre la forma de la explosión, y nos la dan de una manera inesperada mediante la emisión de moléculas que se han formado en los últimos 25 años y que hasta hace poco no teníamos ni sospecha de que se pudieran formar. Hace 5 años, cuando hicimos la propuesta que nos encaminó hacia estos descubrimientos, no teníamos ni idea de que podríamos detectar la emisión molecular, ni que ésta iba a ser tan fuerte, y muchísimo menos de que pudiéramos hacer tomografía y determinar la estructura tridimensional de algo que está rodeando el agujero negro o la estrella de neutrones”, prosigue. “Lo curioso es que una vez tiene lugar lo extraordinario nos acostumbramos inmediatamente y perdemos hasta la capacidad de sorpresa”, concluye Marcaide.

Nuevos interrogantes e investigaciones futuras

Si bien las nuevas observaciones de ALMA han revelado datos importantes sobre SN 1987A, quedan muchas preguntas por responder, como por ejemplo: ¿Quedan otras moléculas por descubrir? ¿Cómo seguirá evolucionando la estructura tridimensional de SN 1987A con el tiempo?

Las futuras observaciones de ALMA en diferentes longitudes de onda también podrían ayudar a determinar qué tipo de objeto compacto habita en su centro: si un púlsar o una estrella de neutrones. Aunque se ha predicho la presencia de un objeto de este tipo en el interior de SN 1987A, todavía no se han detectado las señales necesarias para confirmarla.

Información adicional

Esta investigación se presentó en dos artículos. El primero, titulado “Very deep inside the SN 1987 A core ejecta: Molecular structures seen in 3D”, de F. J. Abellán et al., aparece publicado en The Astrophysical Journal Letters. Por otra parte, “ALMA spectral survey of supernova 1987A—molecular inventory, chemistry, dynamics an explosive nucleosynthesis” será publicado en breve en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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Referencia:
Very Deep inside the SN 1987A Core Ejecta: Molecular Structures Seen in 3D
F. J. Abellán1, R. Indebetouw2,3, J. M. Marcaide1, M. Gabler4, C. Fransson5, J. Spyromilio6, D. N. Burrows7, R. Chevalier2, P. Cigan8, B. M. Gaensler9, H. L. Gomez8, H.-Th. Janka4, R. Kirshner10, J. Larsson11, P. Lundqvist5, M. Matsuura8, R. McCray12, C.-Y. Ng13, S. Park14, P. Roche15, L. Staveley-Smith16,17, J. Th. van Loon18, J. C. Wheeler19, and S. E. Woosley20
Published 2017 June 22 • © 2017. The American Astronomical Society. All rights reserved.
The Astrophysical Journal Letters, Volume 842, Number 2

Pie de foto: Remanente de la supernova 1987A observado por ALMA. El área morada representa las emisiones de las moléculas de SiO. El área amarilla corresponde a la emisión de las moléculas de CO. El anillo azul corresponde a datos del telescopio espacial Hubble (H-alpha) artificialmente representados en 3D. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); R. Indebetouw |

Pie de video: Gracias a los datos de ALMA, los astrónomos crearon una imagen tridimensional del polvo formado en el remanente de una supernova conocida como SN 1987A. El área morada muestra la presencia de moléculas de monóxido de silicio (SiO). El área amarilla corresponde a las moléculas de monóxido de carbono (CO). El anillo azul corresponde a datos del telescopio espacial Hubble (hidrógeno, o H-alpha) artificialmente representados en 3D. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), R. Indebetouw; NASA/ESA Hubble.


 

http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa784c/meta