Webb hace un descubrimiento insólito en los restos de la supernova más estudiada de la historia

Detectada una estrella de neutrones en los restos de la supernova mas estudiada de la historia

La estrella antes (izquierda) y después de explotar (centro) el 23 de febrero de 1987. A la derecha, imagen de la supernova 1987A fotografiada por el Hubble combinada con la fuente de argón compacta (azulada) captada por el Webb. / David Malin AAT/HST, JWST, J. Larsson

La explosión estelar o supernova 1987A se observó hace más de 35 años, y desde entonces se dudaba qué objeto compacto habría generado. Ahora, gracias al telescopio espacial James Webb, se han identificado átomos de argón y azufre muy ionizados que solo se explican por la presencia de una estrella de neutrones, y no de un agujero negro como también se llegó a pensar.

Detectada una estrella de neutrones en los restos de la supernova mas estudiada de la historia
La estrella antes (izquierda) y después de explotar (centro) el 23 de febrero de 1987. A la derecha, imagen de la supernova 1987A fotografiada por el Hubble combinada con la fuente de argón compacta (azulada) captada por el Webb. / David Malin AAT/HST, JWST, J. Larsson

Con la ayuda del telescopio espacial James Webb (JWST), un equipo internacional de astrónomos y astrónomas ha encontrado pruebas concluyentes de la existencia de una estrella de neutrones en el remanente de la supernova 1987A, la más estudiada de la historia y la única que, antes de desvanecerse, se llegó a ver a simple vista en los últimos 400 años.

La supernova 1987A explotó en 1987 y se llegó a ver a simple vista. Desde entonces se estudia su remanente

Explotó el 23 de febrero de 1987 –de ahí su nombre– en la Gran Nube de Magallanes, en el cielo austral, a una distancia de 160.000 años luz, y fue la supernova más cercana observada desde la que vieron los ojos de Johannes Kepler en 1604.

Aunque el remanente de la supernova SN 1987A se viene estudiando desde hace más de tres décadas, los científicos todavía no han visto el objeto compacto que previsiblemente se produjo durante la explosión.

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A la izquierda, una imagen de la cámara NIRCam publicada en 2023. La imagen de arriba a la derecha muestra la luz del argón ionizado (Argón II) captada por el modo Espectrógrafo de Resolución Media (MRS) del MIRI. La imagen inferior derecha muestra la luz del argón ionizado múltiple captada por el espectrógrafo NIRSpec. Ambos instrumentos muestran una fuerte señal procedente del centro del remanente de supernova. NASA, ESA

¿Estrella de neutrones o agujero negro?

Algunas pruebas indirectas, como la detección de neutrinos un día antes de que se viera el estallido, habían sugerido que probablemente fuera una estrella de neutrones, pero no se descartó que luego hubiera colapsado y quedara un black hole. Ahora un estudio en Science, confirma la primera opción.

En general, las supernovas son el espectacular resultado final del colapso de estrellas con más de 8 veces la masa del Sol. Son las principales fuentes de elementos químicos (como carbono, oxígeno, silicio, hierro o magnesio) que hacen posible la vida. El núcleo colapsado de estas estrellas puede dar lugar a estrellas de neutrones mucho más pequeñas, compuestas por la materia más densa del universo conocido, o bien producir un agujero negro.

En el caso de 1987A, el escenario quedó oscurecido por el denso gas y polvo que se formó tras la explosión. Esto impedía ver directamente el objeto compacto y descubrir si era una estrella de neutrones o un agujero negro, pero aquí entra la gran resolución y sensibilidad del telescopio James Webb.

La gran resolución y sensibilidad en el infrarrojo del telescopio James Webb ha permitido adentrarse en el denso gas y polvo que quedó tras la explosión estelar

Los autores del estudio, liderados por el investigador Claes Fransson desde la Universidad de Estocolmo (Suecia), observaron el remanente de supernova en longitudes de onda infrarrojas con el JWST utilizando espectroscopia, una técnica de manejo de la luz que permitió determinar la composición química y los movimientos del gas.

De esa forma, encontraron indicios o líneas de emisión de átomos de argón y azufre altamente ionizado (despojados de sus electrones exteriores) cerca de donde explotó la estrella. Según los autores, la composición e ionización de estos elementos gaseosos solo puede explicarse si existe una fuente brillante de radiación ultravioleta y de rayos X procedente de una estrella de neutrones. Un agujero negro no produciría las líneas observadas.

“El hecho de que solo se detecte emisión de argón y azufre muestra que el material surge muy cerca del centro y del objeto compacto ionizante, ya que estos elementos pesados se forman en la explosión cerca del objeto compacto”, apunta Fransson a SINC. Sin embargo, la mayor parte de la masa de la estrella que estalló se expande ahora a una velocidad de hasta 10.000 km/segundo y se distribuye por un gran volumen. 

 

El que solo se detecte emisión de argón y azufre –elementos pesados– muestra que el material surge muy cerca del centro y del objeto compacto ionizante, muy probablemente una estrella de neutrones

Claes Fransson (Universidad de Estocolmo)
 
“Ahora sabemos que hay una fuente compacta de radiación ionizante –añade–, y muy probablemente es una estrella de neutrones. Llevamos buscándola desde el momento de la explosión, pero tuvimos que esperar al JWST para poder verificar las predicciones”.

 

Dos posibilidades de ionización

Respecto a cómo actuaría la estrella de neutrones para emitir esa radiación, otro de los autores, el profesor Mike Barlow del University College de Londres (Reino Unido), explica: “Puede ser emitida por la superficie de millones de grados de la estrella de neutrones caliente, o bien por una nebulosa de viento de pulsar (vientos de partículas relativistas acelerados por este objeto en rotación e interaccionando con el material circundante de la supernova), que podría haberse creado si la estrella de neutrones gira rápidamente y arrastra partículas cargadas a su alrededor”.

Los átomos se han podido ionizar por la radiación de la estrella de neutrones o por una ‘nebulosa de viento de púlsar’ (vientos de partículas aceleradas por la estrella en rotación que interaccionan con el material circundante)

Según Fransson, próximamente “habrá más observaciones con el Webb con más detalles espectrales y también obtendremos otras nuevas con el telescopio espacial Hubble en el óptico y ultravioleta que podrán diferenciar entre esos dos escenarios principales”.

En esta investigación, además de universidades de Suecia y Reino Unido, han colaborado otras instituciones de Europa y Estados Unidos, incluido el Centro de Astrobiología (CAB, INTA-CSIC), que participa en los instrumentos MIRI y NIRSpec del Webb con los que se han obtenido los datos de este estudio.

Reference:

C. Fransson et al. “Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A“. Science (2024).

 
Source: SINC
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