Un nuevo tipo de explosión masiva explica la estrella misteriosa

La imagen muestra la estrella SMSS J200322.54-114203.3, (centro, con punto de mira). Se encuentra en la esquina sureste de la constelación de Aquila (el Águila) cerca de la frontera con Capricornio y Sagitario. 
Foto: Da Costa / SkyMapper.

Una explosión masiva tuvo lugar, de una fuente previamente desconocida, 10 veces más enérgica que una supernova. Podría ser la respuesta a un misterio de la Vía Láctea de 13 mil millones de años.

Un equipo internacional de astrónomos, ha descubierto potencialmente la primera evidencia de la destrucción de una estrella colapsada que gira rápidamente. Este fenómeno lo describen como una ‘hipernova magneto-rotacional’. El Dr. Simon Murphy de UNSW Canberra, es miembro del equipo.

Este tipo de cataclismo previamente desconocido, ocurrió apenas mil millones de años después del Big Bang. Es la explicación más probable de la presencia de cantidades inusualmente altas de algunos elementos detectados en otra estrella de la galaxia extremadamente antigua y ‘primitiva’.

Una estrella temprana peculiar da la pista de un tipo de explosión estelar muy poderosa

Esta estrella es conocida como SMSS J200322.54-114203.3. Contiene mayores cantidades de elementos metálicos, incluidos zinc, uranio, europio y posiblemente oro, que otras de la misma edad.

Las fusiones de estrellas de neutrones, las fuentes aceptadas del material necesario para forjarlas, no son suficientes para explicar su presencia.

Los astrónomos calculan que solo el colapso violento de una estrella muy temprana, amplificado por otros efectos, puede explicar los neutrones adicionales necesarios. Estos efectos son la rotación rápida y la presencia de un campo magnético fuerte.

«La ‘huella química’ de una estrella puede decirnos mucho sobre su edad y el entorno en el que nació», dijo el Dr. Murphy.

“La falta de elementos pesados ​​en su atmósfera nos dice que esta estrella es muy antigua. Sin embargo, es curiosamente abundante en ciertos elementos pesados ​​como el zinc, el uranio y el europio».

“Esta huella dactilar es una señal de que fue creada a partir de gas enriquecido por la explosión de una estrella muy masiva. Pero además, altamente magnetizada y de rápida rotación, más poderosa que una supernova, la llamada ‘hipernova magneto-rotacional’. Esta es la primera vez que vemos la huella química de una explosión de hipernova de este tipo. Con suerte, impulsará un nuevo trabajo teórico para comprender estos objetos poderosos pero enigmáticos «.

La investigación se publicó hoy en Nature. Fue dirigida por David Yong, Gary Da Costa y Chiaki Kobayashi. Ellos son miembros del Centro de Excelencia ARC de Australia en Astrofísica del Cielo en 3 Dimensiones (ASTRO 3D). El Centro tiene su sede en la Universidad Nacional de Australia.

SMSS J200322.54-114203.3: ‘una aguja en un pajar’

“La estrella que estamos viendo tiene una relación de hierro a hidrógeno unas 3000 veces menor que la del Sol. Eso significa que es una estrella muy rara: lo que llamamos una estrella extremadamente pobre en metales”, dijo el Dr. Yong.

«Sin embargo, el hecho de que contiene cantidades mucho mayores de lo esperado de algunos elementos más pesados ​​significa que es aún más rara. Es una verdadera aguja en un pajar».

Las primeras estrellas del universo estaban compuestas casi en su totalidad por hidrógeno y helio Finalmente, colapsaron y explotaron, convirtiéndose en estrellas de neutrones o agujeros negros, produciendo elementos más pesados. ​​Estos elementos se incorporaron en pequeñas cantidades a la próxima generación de estrellas, la más antigua que aún existe.

Las tasas y energías de estas muertes estelares se han vuelto bien conocidas en los últimos años. Por ello, la cantidad de elementos pesados ​​que producen está bien calculada. Para SMSS J200322.54-114203.3, las sumas simplemente no cuadran.

“Las cantidades adicionales de estos elementos tenían que provenir de alguna parte”, dijo el Profesor Asociado Chiaki Kobayashi.

La única explicación: un tipo especial de hipernova, detectada por primera vez

“Encontramos evidencia observacional por primera vez indicando que había un tipo diferente de hipernova que producía todos los elementos estables en la tabla periódica simultáneamente. Se trata de una explosión por el colapso del núcleo de una estrella masiva fuertemente magnetizada de giro rápido. Es lo único que explica los resultados».

Las hipernovas se conocen desde finales de la década de 1990. Sin embargo, esta es la primera vez que se detecta una que combina rotación rápida y magnetismo fuerte.

«Es una muerte explosiva para la estrella», dijo el Dr. Yong. “Calculamos que hace 13 mil millones de años, J200322.54-114203.3 se formó a partir de una sopa química. Esta última contenía los restos de este tipo de hipernova. Nadie había encontrado este fenómeno antes».

La estrella se encuentra a 7500 años luz del Sol y orbita en el halo de la Vía Láctea.

El trabajo observacional

El Dr. Murphy fue uno de un equipo de astrónomos que utilizó el telescopio ANU de 2,3 metros cerca de Coonabarabran. Con él, observaron cientos de estrellas potencialmente deficientes en metales que fueron identificadas por el «Southern Sky Survey» del telescopio SkyMapper.

“Durante muchas noches nuestro trabajo consistió en separar el trigo de la paja y encontrar estrellas interesantes. Estas carecen tanto de elementos más pesados ​​que el hidrógeno o el helio que se formaron muy temprano en la historia de la Galaxia”. Dijo el Dr. Murphy.

El Dr. Murphy expresó que el proyecto tenía un enfoque diferente al de su trabajo actual en UNSW Canberra.

“Irónicamente, mi trabajo en la Facultad de Ciencias no se centra en las estrellas más antiguas de la Galaxia. Por el contrario, estudio algunas de las más jóvenes y cercanas a la Tierra”, dijo el Dr. Murphy.

«Sin embargo, estas estrellas jóvenes son los beneficiarios químicos de las numerosas supernovas e hipernovas que han explotado desde el Big Bang. Estas enriquecieron gradualmente las nubes de gas primordiales con los elementos necesarios para formar planetas y sustentar la vida».

Otros miembros del equipo de investigación tienen su sede en los siguientes institutos. El Instituto de Tecnología de Massachusetts (EE. UU.), la Universidad de Estocolmo (Suecia), el Instituto Max Planck de Astrofísica (Alemania). Finalmente, el ‘Istituto Nazionale di Astrofisica’ de Italia.

Fuente: University of New South Wales (UNSW), Canberra / ASTRO 3D.

Artículo original: «New type of massive explosion explains mystery star«. July 08, 2021.

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