Cuando las estrellas alcanzan el final de su ciclo de vida, muchas volarán sus capas externas en un proceso explosivo conocido como supernova. Si bien los astrónomos han aprendido mucho sobre este fenómeno, gracias a los sofisticados instrumentos que pueden estudiarlos en múltiples longitudes de onda, todavía hay muchas cosas que no sabemos sobre las supernovas y sus restos.
Por ejemplo, todavía hay preguntas sin resolver sobre los mecanismos que alimentan las ondas de choque resultantes de una supernova. Sin embargo, un equipo internacional de investigadores recientemente utilizó datos obtenidos por el Observatorio de Rayos X Chandra de una supernova cercana (SN1987A) y nuevas simulaciones para medir la temperatura de los átomos en la onda de choque resultante.
El estudio, titulado "Calentamiento por choque sin colisión de iones pesados en SN 1987A", apareció recientemente en la revista científica Naturaleza. El equipo fue dirigido por Marco Miceli y Salvatore Orlando de la Universidad de Palermo, Italia, y estaba compuesto por miembros del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), el Instituto de Problemas Aplicados en Mecánica y Matemáticas, y la Universidad Estatal de Pennsylvania y Northwestern. .
En aras de su estudio, el equipo combinó las observaciones de Chandra del SN 1987A con simulaciones para medir la temperatura de los átomos en la onda de choque de la supernova. Al hacerlo, el equipo confirmó que la temperatura de los átomos está relacionada con su peso atómico, un resultado que responde a una pregunta de larga data sobre las ondas de choque y los mecanismos que las impulsan.
Como dijo David Burrows, profesor de astronomía y astrofísica en Penn State y coautor del estudio, en un comunicado de prensa de Penn State:
“Las explosiones de supernovas y sus restos proporcionan laboratorios cósmicos que nos permiten explorar la física en condiciones extremas que no pueden duplicarse en la Tierra. Los telescopios e instrumentos astronómicos modernos, tanto terrestres como espaciales, nos han permitido realizar estudios detallados de restos de supernovas en nuestra galaxia y galaxias cercanas. Hemos realizado observaciones periódicas del remanente de supernova SN1987A utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el mejor telescopio de rayos X del mundo, desde poco después del lanzamiento de Chandra en 1999, y utilizamos simulaciones para responder preguntas de larga data sobre ondas de choque ".
Cuando las estrellas más grandes sufren un colapso gravitacional, la explosión resultante impulsa el material hacia afuera a velocidades de hasta una décima parte de la velocidad de la luz, empujando las ondas de choque hacia el gas interestelar circundante. Donde la onda de choque se encuentra con el gas de movimiento lento que rodea la estrella, usted tiene el "frente de choque". Esta zona de transición calienta el gas frío a millones de grados y conduce a la emisión de rayos X que se pueden observar.
Durante algún tiempo, los astrónomos han estado interesados en esta región de la onda de choque de una supernova, ya que marca la transición entre la fuerza explosiva de una estrella moribunda y el gas circundante. Como Burrows lo comparó:
“La transición es similar a la observada en el fregadero de la cocina cuando una corriente de agua de alta velocidad golpea el lavabo del fregadero, fluyendo suavemente hacia afuera hasta que salta abruptamente en altura y se vuelve turbulento. 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 los átomos de todos los elementos de la misma manera ".
Al examinar las temperaturas de los diferentes elementos detrás del frente de choque de una supernova, los astrónomos esperan mejorar nuestra comprensión de la física del proceso de choque. Si bien se espera que las temperaturas de los elementos sean proporcionales a su peso atómico, ha sido difícil obtener mediciones precisas. No solo los estudios previos condujeron a resultados contradictorios, sino que tampoco lograron incluir los elementos pesados en sus análisis.
Para abordar esto, el equipo examinó la Supernova SN1987A, que se encuentra en la Gran Nube de Magallanes y se hizo evidente por primera vez en 1987. Además de ser la primera supernova visible a simple vista desde la Supernova de Kepler (1604), fue la primero en ser estudiado en todas las longitudes de onda de la luz (desde ondas de radio hasta rayos X y ondas gamma) con telescopios modernos.
Mientras que los modelos anteriores de SN 1987A generalmente se basaban en observaciones individuales, el equipo de investigación utilizó simulaciones numéricas tridimensionales para mostrar la evolución de la supernova. Luego los compararon con las observaciones de rayos X proporcionadas por Chandra para medir con precisión las temperaturas atómicas, lo que confirmó sus expectativas.
"Ahora podemos medir con precisión las temperaturas de elementos tan pesados como el silicio y el hierro, y hemos demostrado que realmente 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".
Este último estudio representa un paso significativo para los astrónomos, acercándolos a una comprensión de la mecánica de una supernova. Al desbloquear sus secretos, podemos aprender más sobre un proceso que es fundamental para la evolución cósmica, que es cómo la muerte de las estrellas impacta el Universo circundante.
