Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto la primera evidencia convincente de una supernova capturadora de electrones, que se cree que surge de las explosiones de estrellas gigantes superasintóticas.
Imagen compuesta Las Cumbres / Hubble de la supernova de captura de electrones SN 2018zd (punto blanco grande a la derecha) y la galaxia anfitriona NGC 2146 (a la izquierda). Crédito de la imagen: NASA / ESA / Hubble / STScI / J. DePasquale, Observatorio Las Cumbres.
“Una de las principales cuestiones de la astronomía es comparar cómo evolucionan las estrellas y cómo mueren. Todavía faltan muchos vínculos, por lo que esto es muy emocionante ”, dijo el profesor Stefano Valenti, astrónomo del Departamento de Física de la Universidad de California en Davis.
Históricamente, ha habido dos tipos principales de supernovas: supernovas termonucleares y supernovas de colapso de núcleo de hierro.
UNO supernova termonuclear es la explosión de una estrella enana blanca después de ganar materia en un sistema estelar binario. Estas enanas blancas son los núcleos densos que quedan después de que una estrella de baja masa, una de aproximadamente 8 veces la masa del Sol, ha llegado al final de su vida.
En un colapso del núcleo de hierro supernova, una estrella masiva, una con más de 10 veces la masa del Sol, se queda sin combustible nuclear y su núcleo de hierro colapsa, creando un agujero negro o una estrella de neutrones.
Primero visto el futuro en 1980, por el astrónomo Dr. Ken’ichi Nomoto de la Universidad de Tokio, las supernovas de captura de electrones estaban en el límite entre estos dos tipos de supernovas.
«Si bien la gravedad siempre está tratando de aplastar una estrella, lo que evita que la mayoría de las estrellas colapsen es la fusión continua o, en los núcleos donde la fusión se ha detenido, el hecho de que no se pueden comprimir los átomos con más fuerza», explicaron los astrónomos.
«En una supernova de captura de electrones, algunos de los electrones en el núcleo de oxígeno-neón-magnesio son aplastados en sus núcleos atómicos en un proceso llamado captura de electrones».
«Esta eliminación de electrones hace que el núcleo de la estrella se doble por su propio peso y colapse, dando como resultado una supernova capturadora de electrones».
En el nuevo estudio, los investigadores se centraron en un evento de supernova llamado SN 2018zd, que fue detectado el 2 de marzo de 2018.
Descubrieron que esta explosión estelar tenía muchas características inusuales, algunas de las cuales se vieron por primera vez en una supernova.
Ayudó que SN 2018zd estuviera relativamente cerca, a solo 31 millones de años luz de distancia, en las afueras de NGC 2146, una galaxia espiral barrada en la constelación de Camelopardalis.
Esto permitió al equipo examinar las imágenes de archivo tomadas antes de que explotara el telescopio espacial Hubble de la NASA / ESA y detectar la probable estrella progenitora antes de que explotara.
Las observaciones fueron consistentes con otra recientemente identificada estrella de rama gigante súper asintótica (SAGB) en la Vía Láctea, pero inconsistente con los modelos de supergigantes rojas, los progenitores de las supernovas normales del colapso del núcleo de hierro.
Los científicos analizaron todos los datos publicados sobre supernovas y encontraron que, si bien algunos tenían algunos de los indicadores predichos para las supernovas de captura de electrones, solo SN 2018zd tenía los seis: un padre SAGB aparente, una fuerte pérdida de masa antes de la supernova, una composición química estelar inusual, un explosión débil, poca radiactividad y un núcleo rico en neutrones.
“Empezamos preguntando ‘¿qué es esto raro?’ Luego analizamos todos los aspectos de SN 2018zd y nos dimos cuenta de que todos pueden explicarse en el escenario de captura de electrones ”, dijo Daichi Hiramatsu, estudiante de posgrado en el Departamento de Física de la Universidad de California, Santa Bárbara y el Observatorio Las Cumbres.
Impresiones artísticas de una estrella gigante súper asintótica (izquierda) y su núcleo (derecha) compuesto de oxígeno (O), neón (Ne) y magnesio (Mg); una estrella de rama gigante superasintótica es el estado final de las estrellas en un rango de masa de aproximadamente 8 a 10 masas solares, cuyo núcleo es la presión sostenida por electrones (e-); cuando el núcleo se vuelve lo suficientemente denso, el neón y el magnesio comienzan a consumir electrones (las llamadas reacciones de captura de electrones), reduciendo la presión en el núcleo e induciendo una explosión de supernova con colapso nuclear. Crédito de la imagen: S. Wilkinson, Observatorio Las Cumbres.
El descubrimiento también ilumina algunos misterios de SN 1054, la famosa supernova que ocurrió en la Vía Láctea en 1054 CE.
Según los registros chinos, la explosión fue tan fuerte que se pudo ver durante el día durante 23 días y por la noche durante casi dos años. El remanente resultante – el Nebulosa del Cangrejo – ha sido estudiado en detalle.
SN 1054 era anteriormente el mejor candidato para una supernova de captura de electrones, pero esto era incierto en parte porque la explosión tuvo lugar hace casi mil años.
El nuevo resultado aumenta la confianza en que el evento fue una supernova de captura de electrones.
«Estoy muy contento de que finalmente se haya descubierto la supernova de captura de electrones, que mis colegas y yo predijimos que existía y que tenía una conexión con la Nebulosa del Cangrejo hace 40 años», dijo el Dr. Nomoto.
«Este es un caso maravilloso de combinar observaciones y teoría».
los equipos papel fue publicado en el periódico Astronomía de la naturaleza.
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D. Hiramatsu et al. El origen de la captura de electrones de la supernova 2018zd. Nat Astron, publicado en línea el 28 de junio de 2021; doi: 10.1038 / s41550-021-01384-2
