Una nueva investigación de la supernova cercana SN1987A responde a un largo debate

Supernova SN1987A. Crédito: Marco Miceli, Dipartimento di Fisica e Chimica, Università di Palermo, and INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo, Palermo, Italy

¿Cuánto de calientes son los átomos en la onda de choque de una estrella en explosión? 

Un nuevo método para medir la temperatura de los átomos durante la muerte explosiva de una estrella ayudará a los científicos a comprender la onda de choque que se produce como resultado de esta explosión de supernova. Un equipo internacional de investigadores, incluido un científico de Penn State, combinó las observaciones de un remanente de supernova cercano (la estructura que queda después de la explosión de una estrella) con simulaciones para medir la temperatura de los átomos de gas de movimiento lento que rodean a la estrella tal como son. Calentado por el material propulsado hacia el exterior por la explosión. 

El equipo de investigación analizó las observaciones a largo plazo del remanente de la supernova SN1987A utilizando el observatorio de rayos X Chandra de la NASA creó un modelo que describe la supernova. El equipo confirmó que la temperatura de incluso los átomos más pesados -- que aún no se habían investigado -- está relacionada con su peso atómico, respondiendo a una pregunta de larga data sobre las ondas de choque y brindando información importante sobre sus procesos físicos. Un documento que describe los resultados aparece el 21 de enero de 2019 en la revista Nature Astronomy. 

Un equipo internacional de investigadores combinó las observaciones de la supernova SN1987A cercana, realizada con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, con simulaciones para medir la temperatura de los átomos en la onda de choque que se produce por la muerte explosiva de una estrella. Esta imagen superpone datos de emisión de rayos X sintéticos en un mapa de densidad con la simulación de SN1987A. Crédito: Marco Miceli, Dipartimento di Física y Química, Università di Palermo, e INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo, Palermo, Italia

"Las explosiones de supernova y sus restos proporcionan laboratorios cósmicos que nos permiten explorar la física en condiciones extremas que no se pueden duplicar en la Tierra", dijo David Burrows, profesor de astronomía y astrofísica en Penn State y autor del artículo. "Los telescopios e instrumentos astronómicos modernos, tanto terrestres como espaciales, nos han permitido realizar estudios detallados de remanentes de supernova en nuestra galaxia y galaxias cercanas. Hemos realizado observaciones regulares del remanente de supernova SN1987A utilizando el observatorio de rayos X Chandra de la NASA, El mejor telescopio de rayos X del mundo, poco después de que se lanzó Chandra en 1999, y usó simulaciones para responder preguntas de larga data sobre las ondas de choque". 

La muerte explosiva de una estrella masiva como SN1987A impulsa el material hacia el exterior a velocidades de hasta una décima parte de la velocidad de la luz, empujando ondas de choque hacia el gas interestelar circundante. Los investigadores están particularmente interesados ​​en el frente de choque, la transición abrupta entre la explosión supersónica y el gas relativamente lento que rodea a la estrella. El frente de choque calienta este frío y lento gas a millones de grados: temperaturas lo suficientemente altas para que el gas emita rayos X detectables desde la Tierra. 

"La transición es similar a la observada en el fregadero de la cocina cuando un chorro de agua a alta velocidad golpea el lavabo del fregadero, fluyendo suavemente hacia afuera hasta que salta abruptamente de altura y se vuelve turbulento", dijo Burrows. "Los frentes de choque se han estudiado ampliamente en la atmósfera de la Tierra, donde ocurren en una región extremadamente estrecha. Pero en el espacio, las transiciones de choque son graduales y pueden no afectar a los átomos de todos los elementos de la misma manera". 

El frente de choque de la supernova, la transición abrupta entre la explosión supersónica y el gas que rodea a la estrella en explosión, es similar a la transición en un "salto hidráulico", donde una corriente de agua a alta velocidad fluye sin problemas hacia la superficie y luego brota abruptamente Altura y se vuelve turbulento. Crédito:James Kilfiger, Wikimedia Commons

El equipo de investigación, dirigido por Marco Miceli y Salvatore Orlando de la Universidad de Palermo, Italia, midió las temperaturas de diferentes elementos detrás del frente de choque, lo que mejorará la comprensión de la física del proceso de choque. Se espera que estas temperaturas sean proporcionales al peso atómico de los elementos, pero las temperaturas son difíciles de medir con precisión. Los estudios anteriores han dado lugar a resultados contradictorios con respecto a esta relación y no han incluido elementos pesados ​​con pesos atómicos altos. El equipo de investigación recurrió a la supernova SN1987A para ayudar a resolver este dilema. 

Supernova SN1987A, que se encuentra en la cercana constelación llamada Gran Nube de Magallanes, fue la primera supernova visible a simple vista desde la Supernova de Kepler en 1604. También fue la primera en ser estudiada en detalle con los modernos instrumentos astronómicos. La luz de su explosión llegó a la Tierra por primera vez el 23 de febrero de 1987, y desde entonces se ha observado en todas las longitudes de onda de la luz, desde las ondas de radio a los rayos X y las ondas gamma. El equipo de investigación utilizó estas observaciones para construir un modelo que describa la supernova. 

Los modelos de SN1987A se han centrado típicamente en observaciones individuales, pero en este estudio, los investigadores utilizaron simulaciones numéricas tridimensionales para incorporar la evolución de la supernova, desde su inicio hasta la edad actual. Una comparación de las observaciones de rayos X y el modelo permitió a los investigadores medir con precisión las temperaturas atómicas de diferentes elementos con un amplio rango de pesos atómicos y confirmar la relación que predice la temperatura alcanzada por cada tipo de átomo en el gas interestelar. 

"Ahora podemos medir con precisión las temperaturas de elementos tan pesados ​​como el silicio y el hierro, y hemos demostrado que sí siguen la relación de que la temperatura de cada elemento es proporcional al peso atómico de ese elemento", dijo Burrows. "Este resultado resuelve un problema importante en la comprensión de las ondas de choque astrofísicas y mejora nuestra comprensión del proceso de choque". 

Fuente: Penn State,