Captan con rayos X la primera supernova rica en calcio en el universo

La mitad de todo el calcio del universo, incluido el de nuestros dientes y huesos, se creó en el último suspiro de estrellas moribundas. Llamadas "supernovas ricas en calcio", estas explosiones estelares son tan raras que los astrofísicos han luchado por encontrarlas para poder estudiarlas. La naturaleza de estas supernovas y su mecanismo para crear calcio, por lo tanto, han permanecido esquivos.

Un equipo dirigido por la Universidad Northwestern, en Estados Unidos, ha descubierto potencialmente la verdadera naturaleza de estos eventos raros y misteriosos. Por primera vez, los investigadores han examinado una supernova rica en calcio con imágenes de rayos X, que proporcionaron una visión sin precedentes de la estrella durante el último mes de su vida y la explosión final.

Los nuevos hallazgos revelaron que una supernova rica en calcio es una estrella compacta que arroja una capa externa de gas durante las etapas finales de su vida. Cuando la estrella explota, su materia choca con el material suelto en esa capa exterior, emitiendo rayos X brillantes. La explosión general provoca temperaturas intensamente altas y alta presión, provocando una reacción química que produce calcio.

"Estos eventos son tan pocos en número que nunca hemos sabido qué produjo la supernova rica en calcio", señala Wynn Jacobson-Galan, estudiante de primer año de la Universidad Northwestern, que dirigió el estudio. "Al observar lo que hizo esta estrella en su último mes antes de alcanzar su extremo crítico y tumultuoso, nos asomamos a un lugar previamente inexplorado, abriendo nuevas vías de estudio dentro de la ciencia transitoria".

"Antes de este evento, teníamos información indirecta sobre qué supernovas ricas en calcio podrían o no ser", añade Raffaella Margutti, de Northwestern, autora principal del estudio. "Ahora, podemos descartar con confianza varias posibilidades".

En la investigación, que se publica en el The Astrophysical Journal, ha participado casi 70 coautores de más de 15 países.

Margutti es profesora asistente de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro del CIERA (Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica).

El astrónomo aficionado Joel Shepherd vio por primera vez la explosión brillante, llamada SN2019ehk, mientras miraba las estrellas en Seattle. El 28 de abril de 2019, Shepherd usó su nuevo telescopio para ver Messier 100 (M100), una galaxia espiral ubicada a 55 millones de años luz de la Tierra. Al día siguiente, apareció un punto naranja brillante en el marco. Shepherd informó de la anomalía a un estudio astronómico de la comunidad.

"Tan pronto como el mundo supo que había una supernova potencial en M100, se inició una colaboración global", recuerda Jacobson-Galan. "Cada país con un telescopio prominente se volvió para mirar este objeto".

Así, participaron los principales observatorios en los Estados Unidos, como el satélite Swift de la NASA, el Observatorio WM Keck en Hawai y el Observatorio Lick en California. El equipo de Northwestern, que tiene acceso remoto a Keck, fue uno de los muchos equipos en todo el mundo que activó sus telescopios para examinar SN2019ehk en longitudes de onda ópticas.

El estudiante graduado de la Universidad de California en Santa Bárbara, Daichi Hiramatsu, fue el primero en hacer que Swift estudiara SN2019ehk en rayos X y ultravioleta. Hiramatsu también es científico del personal del Observatorio Las Cumbres, que desempeñó un papel crucial en el monitoreo de la evolución a largo plazo de esta supernova con su red global de telescopios.

La operación de seguimiento en todo el mundo se movió tan rápido que la supernova se observó solo 10 horas después de la explosión. La emisión de rayos X detectada con Swift solo permaneció durante cinco días y luego desapareció por completo.

"En el mundo de los transitorios, tenemos que descubrir las cosas muy, muy rápido antes de que se desvanezcan", destaca Margutti. "Inicialmente, nadie estaba buscando rayos X. Daichi notó algo y nos alertó de la extraña apariencia de lo que parecían rayos X. Observamos las imágenes y nos dimos cuenta de que había algo allí. Era mucho más luminoso de lo que cualquiera hubiera podido alguna vez pensó. No había teorías preexistentes que predijeran que los transitorios ricos en calcio fueran tan luminosos en las longitudes de onda de rayos X".

Si bien todo el calcio proviene de las estrellas, las supernovas ricas en calcio son la aportación más potente. Las estrellas típicas crean pequeñas cantidades de calcio lentamente a través de la quema de helio a lo largo de sus vidas. Las supernovas ricas en calcio, por otro lado, producen cantidades masivas de calcio en segundos.

"La explosión está tratando de enfriarse", explica Margutti. "Quiere regalar su energía, y la emisión de calcio es una forma eficiente de hacerlo".

Usando Keck, el equipo de Northwestern descubrió que SN 2019ehk emitió la mayor cantidad de calcio jamás observada en un evento astrofísico singular. "No era solo rico en calcio --añade Margutti--. Era el más rico de los ricos".

La breve luminosidad de SN2019ehk le contó a otro una historia sobre su naturaleza. Los investigadores de la Nortwestern creen que la estrella arrojó una capa externa de gas en sus últimos días. Cuando la estrella explotó, su material colisionó con esta capa externa para producir una explosión brillante y enérgica de rayos X.

"La luminosidad nos dice cuánto material arrojó la estrella y qué tan cerca estaba ese material de la estrella", apunta Jacobson-Galan. "En este caso, la estrella perdió una cantidad muy pequeña de material justo antes de explotar. Ese material todavía estaba cerca".

Aunque el telescopio espacial Hubble había estado observando M100 durante los últimos 25 años, el poderoso dispositivo nunca registró la estrella, que estaba experimentando su evolución final, responsable de SN2019ehk.

Los investigadores utilizaron las imágenes del Hubble para examinar el sitio de la supernova antes de que ocurriera la explosión y dicen que esta es otra pista de la verdadera naturaleza de la estrella. "Probablemente era una enana blanca o una estrella masiva de muy baja masa --aventura Jacobson-Galan--. Ambos serían muy débiles".

"Sin esta explosión, no sabrías que hubo algo allí", agrega Margutti. "Ni siquiera el Hubble podía verlo".

(Con información de Europa Press)

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