Un misterio de asesinato cósmico: Científicos identifican supernova de estrella despojada

Científicos israelíes y americanos descubrieron un tipo de supernova nunca antes visto, que expulsa elementos pesados como el silicio y el azufre del cuerpo de una estrella moribunda, revela un nuevo estudio.

Los hallazgos de este estudio fueron publicados en la revista académica revisada por pares Nature, y proporcionan evidencia de una parte de la anatomía estelar teorizada hace mucho tiempo.

Todo esto fue posible al presenciar la muerte extremadamente violenta e inusual de una estrella, cuyo resultado permitió a los científicos investigar más profundamente que nunca.

Para entender qué exactamente ocurrió, es importante comprender qué es una supernova y, antes de eso, comprender qué es una estrella.

Las estrellas son, en su núcleo, bolas masivas y extremadamente calientes de gas, específicamente hidrógeno y helio. Estos dos elementos son muy comunes - de hecho, son tan comunes que conforman casi toda la materia en el universo.

Entonces, ¿de dónde viene todo lo demás?

Para simplificar en exceso la compleja astrofísica y química, cuando el hidrógeno y el helio se unen, pueden calentarse y formarse nuevos elementos, si las circunstancias son las adecuadas.

Las estrellas son donde ocurre esto. Estas gigantescas bolas de gas poseen núcleos que son mucho más sólidos, específicamente hechos de hierro.

Los núcleos están activos y son alimentados por un proceso de producción de energía, que permite a los elementos más ligeros formar otros más pesados. Esto se conoce como fusión nuclear, y es este proceso el que mantiene la estrella caliente, permitiendo que los gases se expandan mientras atraen su masa hacia el núcleo en un delicado equilibrio gravitacional.

Así es como se crean algunos de los elementos más pesados, pero otros aún necesitan más calor, más del que el núcleo de una estrella puede manejar normalmente. Además, todos esos elementos más pesados siguen atrapados en las estrellas. ¿Cómo salen y se expanden en el universo, formando planetas, asteroides y más?

La respuesta es que la estrella tiene que morir.

Cuando la estrella ya no puede producir energía, colapsa sobre sí misma. Cuando esto sucede, resulta en una explosión masiva, una de las fuerzas de energía más poderosas en el universo - una supernova. Esto fusiona algunos de esos elementos pesados juntos para hacer aún más pesados, y todos son expulsados hacia el cosmos.

Este proceso es esencial para el funcionamiento del universo, permitiendo que todo siga expandiéndose y enviando finalmente los bloques de construcción de la expansión continua del universo.

En otras palabras, todo en el universo está hecho de polvo estelar, y las supernovas son las que envían ese polvo estelar allá afuera para acumularse y crear cosas nuevas.

Los restos de esa estrella progenitora todavía están allí, condensándose para formar una estrella de neutrones o un agujero negro, o tal vez incluso una nebulosa difusa de algún tipo.

Así es como los científicos ya lo saben. Pero hay más en esta historia.

Verás, las estrellas son como las cebollas y - tienen capas. Los elementos más pesados ocupan las capas internas, volviéndose más y más pesados a medida que se acercan al núcleo de hierro. Las masivas capas externas son donde se encuentran esos elementos más ligeros, como el hidrógeno y el helio.

Pero todo eso era solo una teoría. Estudiar una supernova puede ser difícil, ya que las estrellas que explotan en supernovas son siempre de 10 a 100 veces más pesadas que el Sol, la explosión ocurre en una fracción de segundo. Aun así, es posible observar la brillante luz de la supernova durante algún tiempo, incluso pueden pasar semanas sin que la luz se desvanezca. Pero hasta ahora, los científicos solo habían visto rastros de elementos ligeros como el hidrógeno y el helio, en lugar de algo más pesado.

El astro fallecido en cuestión es SN2021yfj, una estrella masiva mucho más pesada que nuestro Sol. En septiembre de 2021, la explosión de su supernova fue avistada por el Dr. Steve Schulze, un exmiembro del equipo de astrofísica del Instituto Weizmann de Ciencias y ahora investigador en la Universidad Northwestern.

Utilizando el telescopio Zwicky Transient Facility en California, Schulze y su equipo realizaron un análisis espectral. Lo que esto significa es que observaron los diferentes colores de la luz de la explosión. Cada color representa un elemento diferente, y al observar qué colores están presentes en su espectro, los científicos pueden determinar qué elementos están presentes. En otras palabras, así es como se puede usar la luz y los colores para averiguar de qué están hechas las cosas.

Esto no es exactamente fácil, ya que obstáculos intrusivos pueden interponerse en el camino de un análisis espectral. En el caso de Schulze, esos obstáculos se presentaron en forma de nubes, impidiendo a los investigadores obtener una imagen lo suficientemente clara.

Pero alguien en la Universidad de California, Berkeley, logró obtenerla. Y los resultados fueron impactantes.

Normalmente, al estudiar una supernova, uno espera ver los sospechosos habituales de luz y elementos abundantes, como helio, carbono, oxígeno, y así sucesivamente.

Pero eso no fue lo que encontraron. En lugar de eso, la luz emitida por SN2021yfj en sus últimos alientos consistía principalmente en azufre, silicio y argón.

Eso no debería suceder. Entonces, ¿cómo podría la supernova simplemente no tener los elementos más ligeros, y en su lugar tener los mucho más pesados?

Un misterio cósmico de asesinato: Cómo una estrella fue despojada hasta su núcleo antes de morir por explosión.

La conclusión a la que llegó Schulze fue que algo salió mal. Las estrellas masivas como SN2021yfj son, como se mencionó anteriormente, como cebollas, tienen capas. Y algunas de esas capas han sido despojadas.

Esto en sí mismo no es algo inaudito. Las estrellas despojadas, como se les conoce, ya se han visto antes. Pero generalmente tienen capas hechas de helio, carbono u oxígeno, expuestas cuando las capas exteriores de hidrógeno se perdieron de alguna manera.

Pero SN2021yfj debe haber tenido incluso esas capas arrancadas. Eso no es como pelar unas cuantas capas de una cebolla. Más bien, es como despojarla hasta el hueso, y esa es la parte que no tiene precedentes.

“Esta estrella perdió la mayor parte del material que produjo a lo largo de su vida”, dijo Schulze en un comunicado. “Así que solo pudimos ver el material formado durante los meses justo antes de su explosión. Algo muy violento debe haber sucedido para causar eso”.

Esto no es algo que debería suceder. Como señaló el Dr. Ofer Yaron de Weizmann, un experto líder en supernovas, este nivel de exposición profunda es un desafío importante para las teorías predominantes sobre cómo estas capas se desprenden.

Algo sucedió que causó que esta estrella muriera de esta manera. Pero, ¿qué?

Se plantearon varias teorías. Una estrella compañera teóricamente pudo haber ejercido fuerza que causara que las capas fueran arrancadas. Otra explosión o fuertes vientos estelares podrían haber sido los culpables.

Pero el principal sospechoso es en realidad el propio SN2021yfj.

Es probable que el núcleo de la estrella haya producido tanto calor que la fusión nuclear causó una explosión de energía increíblemente poderosa. Esto puede haber llevado a que las capas externas de la estrella se separaran y se alejaran.

Esto, en esencia, significa que SN2021yfj se desgarró a sí misma.

Pero esto pudo haber sucedido antes. De hecho, es posible que las capas desprendidas hayan chocado entre sí, o contra otra capa que ya había sido expulsada anteriormente, lo que resultó en otra explosión.

Pero, ¿cuánto influye esto en la muerte de SN2021yfj? Eso, actualmente, aún es un misterio. Pero lo que es seguro es que nadie ha tenido la oportunidad de examinar la anatomía estelar tan de cerca, yendo más profundo de lo que nadie ha llegado antes.

"Siempre es sorprendente, y profundamente satisfactorio, descubrir un tipo completamente nuevo de fenómeno físico", dijo el Prof. Avishay Gal-Yam, cuyo grupo de investigación en el Departamento de Física de Partículas y Astrofísica de Weizmann se centra en entender cómo se forman los elementos en el universo. "Tan pronto como vi los datos que me envió el Dr. Schulze, fue obvio que estábamos presenciando algo que nadie había visto antes".

Una vez que identificamos las firmas espectrales de silicio, azufre y argón, quedó claro que esto era un gran avance: Mirar en las profundidades de una estrella gigante nos ayuda a comprender de dónde provienen los elementos pesados. Cada átomo en nuestros cuerpos y en el mundo que nos rodea fue creado en algún lugar del universo y pasó por innumerables transformaciones a lo largo de miles de millones de años antes de llegar a su lugar actual, por lo que rastrear su origen y el proceso que lo creó es increíblemente difícil. Ahora parece que las capas internas de las estrellas gigantes son sitios de producción para algunos de estos importantes elementos relativamente pesados.