¿EXPLOSIONES BRILLANTES O COLAPSOS SILENCIOSOS EN AGUJEROS NEGROS? LOS CIENTÍFICOS INVESTIGAN EL DESTINO DE LAS ESTRELLAS MASIVAS.

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Impresión artística de una supernova.
James Josephides, Universidad Tecnológica de Swinburne.

Un equipo de científicos, incluido el Investigador Jefe Ilya Mandel del Centro de Excelencia ARC para el Descubrimiento de Ondas Gravitacionales (OzGrav) en la Universidad de Monash, recientemente presentó un documento en el que investiga qué sucede con la rotación de estrellas masivas cuando llegan al final de sus vidas.

Las estrellas producen energía fusionando elementos más ligeros en elementos más pesados ​​en su núcleo: hidrógeno en helio, luego helio en carbono, oxígeno, etc., hasta hierro. La energía producida por esta fusión nuclear también proporciona soporte de presión dentro de la estrella, lo que equilibra la fuerza de gravedad y permite que la estrella permanezca en equilibrio.

Este proceso se detiene en el hierro. Más allá del hierro, se requiere energía para la fusión en lugar de ser liberada por la fusión. Un núcleo de estrella de hierro pesado se contrae bajo la gravedad, creando una estrella de neutrones o, si es lo suficientemente pesada, un agujero negro. Mientras tanto, las capas externas de la estrella explotan en un destello brillante, observable como una supernova. Sin embargo, algunas estrellas masivas parecen desaparecer por completo sin ninguna explosión. Las teorías sugieren que estas estrellas masivas colapsan completamente en agujeros negros, pero ¿es eso posible?  

Un equipo dirigido por Ariadna Murguia-Berthier, candidata a doctorado en la Universidad de California Santa Cruz, y que involucra al Investigador Jefe de OzGrav, Ilya Mandel, se propuso responder a esta pregunta. Estaban particularmente interesados ​​en comprender si una estrella giratoria podía colapsar silenciosamente en un agujero negro.

En el artículo enviado a Astrophysical Journal Letters , describen un conjunto de simulaciones que investigan el colapso de una nube de gas giratoria en un agujero negro. Se descubrió que si el gas gira demasiado rápido al principio, no puede colapsar eficientemente; en cambio, el gas se distribuye en forma de rosquilla alrededor del ecuador del agujero negro. 

La figura muestra la formación de una rosquilla de gas con soporte giratorio alrededor del agujero negro, a medida que el gas inicial gira cada vez más rápido. 
Crédito: Ilya Mandel, OzGrav.

El equipo planteó la hipótesis de que el calor generado por la caída de gas al estrellarse contra esta rosquilla giratoria de gas desenlazará las capas externas de la estrella y creará una explosión similar a una supernova. También se descubrió que un pequeño porcentaje de todas las estrellas giraba lo suficientemente lentamente, por debajo del umbral para que ocurriera este estancamiento de gas, y que de hecho podría colapsar en agujeros negros en silencio.  

«¡Es muy emocionante reunir la relatividad general, técnicas computacionales sofisticadas, modelos estelares y las últimas observaciones para explorar la formación de agujeros negros de estrellas masivas!» dice Mandel.

Fuente: The ARC Centre of Excellence for Gravitational  Wave Discovery (OzGrav).

Artículo original:

BRIGHT EXPLOSIONS OR QUIET COLLAPSES INTO BLACK HOLES? SCIENTISTS INVESTIGATE THE FATE OF MASSIVE STARS. 11/6/2020.

Material relacionado:

Sobre la muerte de las estrellas masivas:

El «impostor de supernovas» del siglo XIX precipitó una erupción gigantesca, arrojando material de muchos soles al medio interestelar de Eta Carinae. 
Las estrellas de alta masa como esta dentro de las galaxias ricas en metales, como la nuestra, expulsan grandes fracciones de masa de una manera que las estrellas dentro de galaxias más pequeñas de menor metalicidad no lo hacen.
Crédito: NATHAN SMITH (UNIVERSIDAD DE CALIFORNIA, BERKELEY) Y NASA.

En los siguientes artículos, en el apartado «Material relacionado» de cada uno, el lector encontrará una selección de información y recursos sobre supernovas:

M1: La Nebulosa del Cangrejo. En 1054, los astrónomos chinos se dieron cuenta de una «estrella invitada» que fue visible durante casi un mes en el cielo durante el día. Este gran mosaico de la Nebulosa del Cangrejo fue ensamblado a partir de 24 exposiciones individuales capturadas por Hubble durante tres meses. Los colores en esta imagen no coinciden exactamente con lo que veríamos con nuestros ojos, pero nos permiten conocer la composición de este espectacular cadáver estelar. Los filamentos anaranjados son los restos andrajosos de la estrella y consisten principalmente en hidrógeno. El azul en los filamentos en la parte externa de la nebulosa representa oxígeno neutro. El verde es azufre individualmente ionizado, y el rojo indica oxígeno doblemente ionizado. Estos elementos fueron expulsados ​​durante la explosión de supernova. Más información.
Créditos: NASA, ESA, J. Hester y A. Loll (Universidad Estatal de Arizona).

Otros artículos:

Otros tipos raros de Supernova:

Las supernovas producen algunas de las explosiones más poderosas en el cosmos, expulsando el contenido de una estrella condenada a morir a velocidades que alcanzan el 10 por ciento de la velocidad de la luz. Usualmente toma unas semanas o meses para que una supernova se desvanezca en la nada, pero los astrónomos ahora han documentado un caso récord en el que una estrella se extinguió en sólo unos pocos días:

Una estrella solitaria que explota en una galaxia distante ha obligado a los astrónomos a dejar de lado décadas de investigación y centrarse en una nueva raza de supernova que puede aniquilar por completo a su estrella madre, sin dejar ningún remanente. El evento emblemático, algo que los astrónomos nunca antes habían presenciado, puede representar la forma en que mueren las estrellas más masivas del Universo, incluidas las primeras estrellas:

Otro caso especial e histórico se presenta a continuación.

La detección de la primera Kilonova y la nueva era de la «Astronomía Multimensajero».

Esta imagen del instrumento MUSE, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO en el Observatorio Paranal, en Chile, muestra la galaxia NGC 4993, situada a unos 130 millones años luz de la Tierra. La galaxia en sí no es inusual, pero contiene algo nunca antes visto, las secuelas de la explosión de un par estrellas de neutrones que se han fusionado, un raro acontecimiento llamado kilonova (puede verse encima y ligeramente a la izquierda del centro de la galaxia). Esta fusión también produce ondas gravitacionales y rayos gamma, los cuales fueron detectados por LIGO-Virgo y Fermi/INTEGRAL respectivamente. Creando también un espectro para cada parte del objeto, MUSE nos permite ver la brillante emisión procedente del gas, que aquí aparece en rojo, y revela una sorprendente estructura espiral.
Crédito:ESO/J.D. Lyman, A.J. Levan, N.R. Tanvir.

La confirmación de un nuevo tipo de transitorio de distinto origen, la primera Kilonova el 17 de Agosto de 2017, evento resultante de la fusión de dos estrellas de neutrones detectado por primera vez por LIGO y a continuación por telescopios espaciales tanto de altas energías como en el rango óptico, y luego en tierra por  telescopios ópticos y radiotelescopios, abriendo una nueva era de la Astronomía, la «Astronomía Multimensajero» sumando el campo de las Ondas Gravitacionales al de las Electromagnéticas. El comunicado de prensa de ESO, con enlaces a los trabajos de investigación a que dio lugar el evento, es el siguiente:

Ver también:

Curiosidades:

Los procesos físicos que enriquecieron químicamente y posiblemente desencadenaron la formación de nuestro Sistema Solar han permanecido como una pregunta sin respuesta en Astrofísica. El siguiente artículo examina la argumentación de un trabajo que trata de responder esa interrogante, proponiendo una explosión de supernova como el causante:

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