Supernovas producen agujeros negros o estrellas de neutrones

Evidencia directa de que una Supernova crea un agujero negro

Con la ayuda del VLT (Very Large Telescope) y el New Technology Telescope (NTT) del Observatorio Europeo Austral (ESO), dos equipos pudieron observar las secuelas de una explosión de supernova en una galaxia cercana, encontrando evidencia del misterioso objeto compacto que dejó atrás.

Los astrónomos han encontrado un vínculo directo entre las supernovas y la formación de los objetos más compactos y enigmáticos en el Universo: agujeros negros y estrellas de neutrones.

Qué es una Supernova

Cuando las estrellas masivas llegan al final de sus vidas, colapsan bajo su propia gravedad de manera tan rápida que se produce una violenta explosión conocida como supernova. Los astrónomos creen que, tras la explosión, lo que queda es el núcleo ultradenso, o remanente compacto, de la estrella.

Dependiendo de la masa de la estrella, el remanente compacto será una estrella de neutrones, un objeto tan denso que una cucharadita de su material pesaría alrededor de un millón de toneladas aquí en la Tierra, o un agujero negro, un objeto del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar.

Los astrónomos han encontrado en el pasado muchas pistas que apuntan a esta cadena de acontecimientos, como la existencia una estrella de neutrones dentro de la Nebulosa del Cangrejo, la nube de gas expulsada por una estrella que explotó hace 5.000 años y que observaron astrónomos chinos en el 1050 DC.

Pero nunca antes se había visto este proceso en tiempo real, ya que la evidencia directa de una supernova dejando atrás un remanente compacto ha sido esquiva. «En nuestro trabajo, hemos sido capaces de establecer ese vínculo directo», dice Ping Chen, investigador del Instituto Weizmann de Ciencia, Israel, y autor principal del estudio.

SN 2022jli: Una Supernova peculiar

La suerte de los investigadores llegó en mayo de 2022, cuando el astrónomo aficionado sudafricano Berto Monard descubrió la supernova SN 2022jli en el brazo espiral de la galaxia cercana NGC 157, ubicada a 75 millones de años luz.

Dos equipos diferentes dirigieron su atención a las secuelas de esta explosión y encontraron que tenía un comportamiento único. Después de la explosión, el brillo de la mayoría de las supernovas simplemente se desvanece con el tiempo: los astrónomos observan un declive suave y gradual en la ‘curva de luz’ de la explosión.

Pero el comportamiento de SN 2022jli es muy peculiar: a medida que el brillo general disminuye, no lo hace de manera uniforme, sino que oscila hacia arriba y hacia abajo cada 12 días aproximadamente.

«En los datos de SN 2022jli vemos una secuencia repetida de aumento y disminución del brillo», dice Thomas Moore, estudiante de doctorado en la Universidad Queen’s de Belfast, Irlanda del Norte, quien lideró un estudio de la supernova publicado a finales del año pasado en The Astrophysical Journal.

«Esta es la primera vez que se detectan oscilaciones periódicas repetidas, a lo largo de muchos ciclos, en la curva de luz de las supernovas», señaló Moore en su artículo.

Una presencia inesperada

Ambos equipos, Moore y Chen, creen que la presencia de más de una estrella en el sistema SN 2022jli podría explicar este comportamiento. De hecho, no es inusual que las estrellas masivas estén en órbita con una estrella compañera en lo que se conoce como un sistema binario, y la estrella que causó SN 2022jli no fue una excepción.

Lo sorprendente de este sistema, sin embargo, es que la estrella compañera parece haber sobrevivido a la muerte violenta de su pareja y los dos objetos, el remanente compacto y la compañera, probablemente siguieron orbitándose mutuamente.

Representación artística que muestra el proceso por el cual una estrella masiva dentro de un sistema binario se convierte en una Supernova. Esta serie de eventos ocurrió en la supernova SN 2022jli y fue revelada a los investigadores mediante observaciones con el VLT y el NTT de la ESO. Después de que una estrella masiva explotara como supernova, dejó atrás un objeto compacto, ya sea una estrella de neutrones o un agujero negro. La estrella compañera sobrevivió a la explosión, pero su atmósfera se volvió más esponjosa. El objeto compacto y su estrella compañera continuaron orbitándose mutuamente, con el objeto compacto sustrayendo regularmente materia de la atmósfera esponjosa de la otra. Esta acreción de materia se observó en los datos de los investigadores como fluctuaciones regulares de brillo, así como movimientos periódicos de gas de hidrógeno.
Representación artística que muestra el proceso por el cual una estrella masiva dentro de un sistema binario se convierte en una Supernova. Esta serie de eventos ocurrió en la supernova SN 2022jli y fue revelada a los investigadores mediante observaciones con el VLT y el NTT de la ESO.

Los datos recopilados por el equipo de Moore, que incluyeron observaciones con el NTT de la ESO en el Desierto de Atacama en Chile, no les permitieron precisar exactamente cómo la interacción entre los dos objetos causó los picos y valles en la curva de luz.

Pero el equipo de Chen tenía observaciones adicionales. Encontraron las mismas fluctuaciones regulares en el brillo visible del sistema que el equipo de Moore había detectado, y también observaron movimientos periódicos de gas de hidrógeno y ráfagas de rayos gamma en el sistema.

Sus observaciones fueron posibles gracias a una serie de instrumentos en tierra y en el espacio, incluido X-shooter en el VLT de la ESO, también ubicado en Chile.

Evidencias de un agujero negro o estrella de neutrones

Juntando todas las pistas, los dos equipos estuvieron de acuerdo en que cuando la estrella compañera interactuó con el material arrojado durante la explosión de la supernova, su atmósfera rica en hidrógeno se volvió más esponjosa de lo habitual.

Representación artística que se basa en las secuelas de la explosión de supernova SN 2022jli. El objeto compacto y su compañera continuaron orbitándose mutuamente, con el objeto compacto sustrayendo regularmente materia de su compañera en cada aproximación.
Representación artística que se basa en las secuelas de la explosión de supernova SN 2022jli. El objeto compacto y su compañera continuaron orbitándose mutuamente, con el objeto compacto sustrayendo regularmente materia de su compañera en cada aproximación.

Luego, a medida que el objeto compacto dejado atrás después de la explosión se mueve a través de la atmósfera de la compañera en su órbita, sustrae gas hidrógeno, formando un disco caliente de materia a su alrededor.

Esta sustracción periódica de materia, o acreción, libera mucha energía que se percibe como cambios regulares de brillo en las observaciones.

Aunque los equipos no pudieron observar la luz proveniente del objeto compacto en sí, concluyeron que este «robo energético» solo puede deberse a una estrella de neutrones invisible, o un agujero negro, atrayendo materia de la atmósfera esponjosa de la estrella compañera.

Todavía hay mucho por descubrir

Con la presencia de un agujero negro o una estrella de neutrones confirmada, todavía hay mucho por descubrir sobre este enigmático sistema, incluida la naturaleza exacta del objeto compacto o qué final le podría esperar a este sistema binario.

Telescopios de próxima generación como el Extremely Large Telescope (ELT) de la ESO, programado para comenzar a operar más adelante en esta década, ayudarán con esto, permitiendo a los astrónomos revelar detalles sin precedentes de este sistema único.»

Fuente: Missing link found: supernovae give rise to black holes or neutron stars

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