Hace casi cuarenta años, los habitantes de la Tierra disfrutaron de una rara visión cósmica: una estrella explotando en nuestro cielo que era visible a simple vista. Llamado Supernova 1987A (SN 1987A), fue el evento de este tipo más cercano de los últimos cuatro siglos. Desde entonces, los astrónomos han tratado de observar el remanente estelar que sabían que debía acechar cerca del centro de la supernova, envuelto dentro de una nebulosa en expansión de ceniza radiactiva y gas incandescente. Ahora, gracias al poder del Telescopio Espacial James Webb (JWST), un equipo de científicos finalmente encontró esa elusiva cantera, confirmando las sospechas de que la explosión creó una estrella de neutrones extremadamente densa en lugar de un agujero negro devorador de luz estelar.
El descubrimiento, publicado el jueves en Ciencia, utilizó las capacidades infrarrojas sin precedentes de JWST para perforar el velo que rodea a SN 1987A, permitiendo verlo literalmente bajo una nueva luz. Al observar el corazón de los escombros dejados por la desaparición de la estrella, los astrónomos dirigidos por Claes Fransson de la Universidad de Estocolmo en Suecia detectaron indicios de argón y azufre ionizados, es decir, evidencia de elementos que fueron tan impactados por alguna fuerza externa que sus electrones se habían debilitado. sido despojado. No se esperaría que estos elementos energizados existieran tan cerca de la “zona cero” de SN 1987A, a menos que se formaran a partir de un intenso bombardeo ultravioleta y de rayos X de una estrella de neutrones cercana. Un agujero negro que se alimenta y expulsa ráfagas de radiación también podría explicar el resultado, pero más de tres décadas de observaciones no han logrado revelar ningún otro signo de algo así dentro de SN 1987A, lo que hace que el resultado del JWST sea una prueba casi irrefutable de la existencia de la estrella de neutrones.
“Es muy emocionante”, dice el astrofísico Mikako Matsuura de la Universidad de Cardiff en Gales, que no participó en el estudio y sugerido previamente en 2019 que en esta supernova se encontraría una estrella de neutrones. “Es probablemente la evidencia más sólida de la presencia de una estrella de neutrones en la Supernova 1987A”.
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SN 1987A explotó el 23 de febrero de 1987 en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite enana de la Vía Láctea que se encuentra a unos 160.000 años luz de la Tierra. No se había visto ninguna supernova tan cerca de nuestro planeta desde la supernova de Kepler en 1604, cuando una estrella detonó dentro de nuestra galaxia a una distancia de unos 20.000 años luz. Aunque SN 1987A se descubrió inicialmente a través de su repentino brillo en el cielo, el primer signo de la supernova resultó provenir de una explosión de neutrinos que arrasó la Tierra unas horas antes del destello de luz. Registrado en observatorios de neutrinos repartidos por todo el planeta, ese estallido fue una evidencia reveladora de la formación de una estrella de neutrones en algún lugar dentro de los restos dispersos de la estrella. Los argumentos a favor de una estrella de neutrones crecieron a medida que análisis posteriores revelaron que la progenitora de SN 1987A probablemente había sido una estrella supergigante azul de aproximadamente 18 veces la masa de nuestro Sol, pesada pero todavía demasiado liviana para formar fácilmente un agujero negro.
Las supernovas ocurren en dos formas principales: Uno es cuando una estrella extrae demasiado material de una estrella compañera más pequeña y explota; esto da como resultado una supernova de tipo Ia como la supernova de Kepler. El otro tipo de supernova, una supernova de tipo II como SN 1987A, se produce cuando una estrella muy masiva a la que se ha impedido colapsar por su propio peso gracias a la presión de la luz que sale de sus profundidades, de repente se queda sin combustible en su núcleo. . Sin un excedente de luz estelar que las sostenga, las capas externas de la estrella caen hacia el interior del núcleo y luego rebotan para explotar hacia afuera, enviando ondas de choque que recorren el material circundante. Este proceso puede emitir rápidamente más luz que las estrellas de toda una galaxia y aplasta el núcleo de masa solar hasta convertirlo en una esfera ultradensa del tamaño de una ciudad: una estrella de neutrones. En los casos en que la estrella inicial era especialmente pesada (20 masas solares o más), la estrella de neutrones resultante, más pesada, colapsa en un agujero negro.
Tener una estrella de neutrones tan relativamente cerca es científicamente fascinante, dice Joanne Pledger de la Universidad de Central Lancashire en Inglaterra, que no participó en el estudio. “La física es diferente en una estrella de neutrones”, dice, señalando que estos objetos campos gravitacionales extremos exprimen sus entrañas para crear estados exóticos de la materia y deformar significativamente el tejido circundante del espacio-tiempo. “Si podemos detectar estrellas de neutrones, particularmente estrellas de neutrones cercanas que podemos estudiar muy bien, entonces podremos comenzar a comprender las leyes de la física en áreas que simplemente no podemos recrear en un laboratorio”.
Aunque los astrónomos ya sospechaban que SN 1987A no había dejado un agujero negro, querían estar seguros. Fransson y sus colegas observaron los signos distintivos de argón y azufre ionizados visiblemente cerca del centro de la supernova en julio de 2022, cuando JWST comenzaba sus operaciones científicas. “[SN 1987A] fue uno de los primeros objetos observados”, dice Fransson, y el JWST estudió las consecuencias de la supernova durante aproximadamente 10 horas.
“La única fuente de energía capaz de producir esos [signs] Es una estrella de neutrones”, afirma el coautor del estudio Patrick Kavanagh, de la Universidad de Maynooth en Irlanda. Para que un agujero negro hiciera lo mismo, tendría que alimentarse vorazmente de materia de una fuente (como otra estrella) de la que no hay pruebas. “Estamos seguros de haber evaluado todas las diferentes posibilidades”, dice Kavanagh. “Descartamos todo excepto la presencia de una estrella de neutrones”.
Un análisis cuidadoso de la luz emitida por el material ionizado muestra que la estrella de neutrones no está exactamente en el medio de SN 1987A; más bien, está ligeramente compensado porque recibió una “patada” de la supernova. Cuando la estrella explotó, cualquier desequilibrio menor habría desplazado más materia que se derramaba hacia un lado u otro, provocando que la estrella de neutrones retrocediera en la dirección opuesta como un huevo exprimido de un globo. Las observaciones sugieren que la estrella de neutrones se está moviendo ligeramente hacia nosotros, después de haber viajado unos 500 mil millones de kilómetros desde el lugar de su cataclísmico nacimiento. “La velocidad de la patada es de unos 400 kilómetros por segundo”, dice Kavanagh, increíblemente rápida para nosotros aquí en la Tierra, pero aún así glacialmente lenta en comparación con las inmensidades de años luz.
Lo que no está claro es si el remanente de SN 1987A es justo una estrella de neutrones. En lugar de eso, podría ser un púlsar, una estrella de neutrones que gira tan rápidamente que dispara corrientes de energía desde sus polos que barren una franja de cielo como Los rayos de un faro cósmico.. “Si hay un púlsar, el haz no apunta hacia nosotros, por lo que no podemos detectarlo”, dice Yvette Cendes del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, que no participó en el estudio. Pero podría haber otra manera de averiguarlo. En el escenario estándar de una estrella de neutrones, el calor puro del remanente estelar es tan intenso que forma un faro de silicio ionizado que se dispersa más lejos en la nube en expansión. En el modelo del púlsar (donde las emisiones no están dominadas por el calor sino más bien por vientos de electrones y otras partículas que sacuden los desechos más internos), el silicio ionizado debería ser más escaso. Entonces, si se puede detectar y mapear silicio alrededor de SN 1987A, “podremos discernir entre los dos”, dice Kavanagh. Las observaciones de seguimiento del JWST aún no publicadas que fueron tomadas por el equipo en el otoño de 2023 y a principios de esta semana pueden contener esa respuesta.
Estas observaciones ofrecen nuevos conocimientos sobre los primeros momentos posteriores a una supernova de tipo II. “Nunca antes habíamos visto la formación de una estrella de neutrones”, dice Fransson. Ahora que lo hemos hecho, más estudios de este objeto cósmicamente joven con JWST y otros telescopios deberían permitir a los astrónomos aprender mucho más sobre estos desconcertantes eventos estelares. “Hasta que veamos una supernova en nuestra propia galaxia, ésta será la supernova mejor estudiada que tendremos”, dice Cendes.