¡Sorpresa científica! Descubren restos de una estrella de neutrones en la supernova 1987A

Un equipo internacional de astrónomos, incluido el profesor Mike Barlow de la UCL (University College London), ha descubierto la primera evidencia concluyente de que existe una estrella de neutrones en el centro de la Supernova 1987A, una explosión estelar observada hace 37 años. 

Cabe recordar que las supernovas son el espectacular resultado final del colapso de estrellas con una masa entre 8 y 10 veces la del Sol. Son las principales fuentes de elementos químicos (como carbono, oxígeno, silicio y hierro) que hacen posible la vida. El núcleo colapsado de estas estrellas en explosión puede dar como resultado estrellas de neutrones mucho más pequeñas, compuestas de la materia más densa del universo conocido, o agujeros negros. 

Supernova 1987A  Combinación de una imagen del Hubble de SN 1987A y la fuente compacta de argón. La fuente azul tenue en el centro es la emisión de la fuente compacta detectada con el instrumento JWST/NIRSpec // Telescopio espacial Hubble WFPC-3/Telescopio espacial James Webb NIRSpec/J. Larsson

La supernova 1987A, ubicada en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana vecina, fue la supernova más cercana y brillante vista en el cielo nocturno en 400 años. 

Los neutrinos, partículas subatómicas inimaginablemente pequeñas, se produjeron en la supernova y se detectaron en la Tierra (23 de febrero de 1987) el día antes de que se observara la supernova, lo que indica que debe haberse formado una estrella de neutrones. Sin embargo, no se sabe si la estrella de neutrones persistió o colapsó en un agujero negro, ya que la estrella quedó oscurecida por el polvo que se formó después de la explosión. 

En el nuevo estudio, publicado en la revista Science , los investigadores utilizaron dos instrumentos del Telescopio Espacial James Webb (JWST), MIRI y NIRSpec, para observar la supernova en longitudes de onda infrarrojas y encontraron evidencia de átomos pesados de argón y azufre cuyos electrones externos habían sido despojados (es decir, los átomos habían sido ionizados) cerca de donde ocurrió la explosión estelar. 

El equipo modeló varios escenarios y descubrió que estos átomos sólo podrían haber sido ionizados por radiación ultravioleta y de rayos X de una estrella de neutrones que se enfriaba caliente o, alternativamente, por los vientos de partículas relativistas aceleradas por una estrella de neutrones que gira rápidamente e interactúan con material de supernova circundante (nebulosa del viento púlsar). 

Si el primer escenario es cierto, la superficie de la estrella de neutrones tendría aproximadamente un millón de grados, habiéndose enfriado desde aproximadamente 100 mil millones de grados en el momento de la formación en el núcleo del colapso, más de 30 años antes. 

Los modelos indican que los átomos pesados de argón y azufre se producen en gran abundancia debido a la nucleosíntesis dentro de estrellas masivas inmediatamente antes de que exploten. 
Mientras que la mayor parte de la masa de la estrella en explosión se expande ahora a una velocidad de hasta 10.000 km/segundo y se distribuye en un gran volumen, los átomos ionizados de argón y azufre se observaron cerca del centro donde se produjo la explosión. 

La radiación ultravioleta y de rayos X, que se cree que ionizó los átomos, fue predicha en 1992 como una firma única de una estrella de neutrones recién creada. 

La clave: los instrumentos MIRI y NIRSpec de Webb 

Estos átomos ionizados fueron detectados por los instrumentos MIRI y NIRSpec de James Webb utilizando una técnica llamada espectroscopia, donde la luz se dispersa en un espectro, lo que permite a los astrónomos medir la luz en diferentes longitudes de onda para determinar las propiedades físicas de un objeto, incluida su composición química. 

Un equipo de UCL en el Laboratorio de Ciencias Espaciales Mullard diseñó y construyó la fuente de calibración de NIRSpec, que permite al instrumento realizar mediciones más precisas al proporcionar una iluminación de referencia uniforme de sus detectores. 

En el nuevo estudio participaron investigadores del Reino Unido, Irlanda, Suecia, Francia, Alemania, Estados Unidos, Países Bajos, Bélgica, Suiza, Austria, España y Dinamarca. 

Acerca de la supernova (SN) 1987A 

SN 1987A es la supernova más estudiada y mejor observada de todas. 

Estalló el 23 de febrero de 1987 en la Gran Nube de Magallanes, en el cielo del sur, a una distancia de 160.000 años luz, y fue la supernova más cercana desde la última supernova observada a simple vista por Johannes Kepler en 1604. Durante varios meses antes de que se desvaneciera, SN 1987A pudo ser visto a simple vista incluso a esta distancia. 

SN 1987A es la supernova más estudiada y mejor observada de todas // Telescopio espacial Hubble WFPC-3/Telescopio espacial James Webb NIRSpec/J. Larsson 

Aún más importante es que es la única supernova detectada a través de sus neutrinos. Esto es muy significativo ya que se predijo que el 99,9% de la enorme energía emitida en este evento se perdería en forma de partículas que interactúan extremadamente débilmente. 

El 0,1% restante aparece en la energía de expansión del remanente y como luz. De la enorme cantidad (unos 10 elevados a 58) de neutrinos emitidos, unos 20 fueron detectados por tres detectores diferentes alrededor de la Tierra, a partir del colapso en el núcleo de la estrella el 23 de febrero a las 7:35:35 UT. 

SN 1987A fue también la primera supernova en la que se pudo identificar la estrella que explotó a partir de imágenes tomadas antes de la explosión. Además de los neutrinos, el resultado más interesante del colapso y la explosión es la predicción de que se formó un agujero negro o una estrella de neutrones. Este constituye sólo el núcleo central de la estrella colapsada, con una masa de 1,5 veces la del sol. El resto es expulsado con una velocidad de hasta el 10% de la velocidad de la luz, formando el remanente en expansión que observamos directamente hoy. 

La "larga" duración de 10 segundos de la explosión de neutrinos indicó la formación de una estrella de neutrones, pero a pesar de varias indicaciones interesantes de observaciones de radio y rayos X, hasta ahora no se había encontrado evidencia concluyente de un objeto compacto, y era la principal prueba restante. problema sin resolver para SN 1987A. 

Una razón importante para esto puede ser la gran masa de partículas de polvo que sabemos que se formó durante los años posteriores a la explosión. Este polvo podría bloquear la mayor parte de la luz visible del centro y, por tanto, ocultar el objeto compacto en longitudes de onda visibles. 

Dos escenarios de estrella de neutrones

En su estudio, los autores discuten dos posibilidades principales: o la radiación de la recién nacida estrella de neutrones caliente, de millones de grados, o, alternativamente, la radiación de partículas energéticas aceleradas en el fuerte campo magnético de la estrella de neutrones que gira rápidamente (púlsar). En cualquier caso, estas nuevas observaciones con JWST proporcionan evidencia convincente de la existencia de un objeto compacto, muy probablemente una estrella de neutrones, en el centro de SN 1987A.