Las explosiones supernova y sus remanentes permiten explorar la física en condiciones extremas que no pueden ser duplicadas en la Tierra
Un nuevo método para medir la temperatura de los átomos durante la muerte explosiva de una estrella ayudará a los científicos a entender la onda de choque que se produce como resultado de esta explosión supernova.
Un equipo internacional de investigadores combinó observaciones de un remanente cercano de supernova (la estructura que queda tras el estallido de la estrella) con simulaciones informáticas para medir la temperatura de los átomos de gas de movimiento lento que rodean el astro a medida que son calentados por el material propulsado hacia fuera por la explosión.
Los científicos analizaron observaciones a largo plazo del remanente de supernova SN1987A, utilizando para ello el observatorio de rayos-X Chandra de la NASA, y crearon un modelo que describe la supernova. El equipo confirmó que la temperatura de incluso los átomos más pesados está relacionada con su peso atómico, lo que responde a una longeva pregunta sobre las ondas de choque y proporciona información importante sobre sus procesos físicos. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista Nature Astronomy.
Según David Burrows, de la Penn State University, las explosiones supernova y sus remanentes nos proporcionan laboratorios cósmicos que nos permiten explorar la física en condiciones extremas que no pueden ser duplicadas en la Tierra. Gracias a los telescopios y a los instrumentos astronómicos modernos, tanto en tierra como en el espacio, se han podido realizar estudios detallados de remanentes de supernova en nuestra galaxia y en galaxias próximas. En particular, los investigadores han efectuado observaciones regulares del remanente de supernova SN1987A a través del observatorio Chandra, el mejor del mundo, desde el momento de su lanzamiento en 1999, y han utilizado simulaciones para responder a preguntas que tienen que ver con las ondas de choque que afectan a estos fenómenos.
La muerte explosiva de una estrella masiva como SN1987A propulsa material hacia el exterior, a velocidades de hasta una décima de la velocidad de la luz, impulsando ondas de choque hacia el gas interestelar del entorno. Los científicos están particularmente interesados en el frente de choque, la transición abrupta entre la explosión supersónica y el gas de movimiento relativamente lento que rodea a la estrella. El frente de choque calienta este gas frío que se mueve despacio hasta millones de grados, temperaturas lo bastante altas como para que emita rayos-X detectables desde la Tierra.
Los frentes de choque han sido estudiados en la atmósfera de la Tierra, donde suceden en regiones muy estrechas. Pero en el espacio, las transiciones son graduales y podrían no afectar a los átomos de todos los elementos de la misma forma.
Midiendo las temperaturas en el frente de choque de la supernova
Los investigadores midieron las temperaturas de diferentes elementos tras el frente de choque. Se espera que estas temperaturas sean proporcionales al peso atómico de los elementos, pero estas son difíciles de medir de forma precisa. Estudios anteriores habían proporcionado resultados contradictorios en cuanto a esta relación, y no habían conseguido incluir elementos con pesos atómicos muy altos. El trabajo con la SN1987A ha ayudado a afrontar este dilema.
La supernova SN1987A, situada en la galaxia satélite denominada Gran Nube de Magallanes, fue la primera supernova visible a ojo desnudo desde la que contempló Kepler en 1604. Es también la primera que se ha estudiado en detalle con instrumentos astronómicos modernos. La luz de su explosión alcanzó la Tierra el 23 de febrero de 1987, y desde entonces ha sido observada en todas las longitudes de onda de la luz, desde las ondas de radio hasta los rayos-X y los rayos gamma. Estas observaciones han permitido construir un modelo que describe la supernova.
Los modelos de SN1987A se han centrado habitualmente en observaciones únicas, pero en este estudio los investigadores utilizaron simulaciones numéricas tridimensionales para incorporar la evolución de la supernova, desde su aparición hasta la actualidad. Una comparación de las observaciones en rayos-X y el modelo permitió a los científicos medir con precisión las temperaturas atómicas de diferentes elementos con una amplia variedad de pesos atómicos, y para confirmar la relación que predice la temperatura alcanzada por cada tipo de átomo en el gas interestelar.
Ahora es posible medir las temperaturas de elementos tan pesados como el silicio y el hierro, y ello ha mostrado que efectivamente estas siguen la relación de que la temperatura de cada elemento es proporcional al peso atómico de ese elemento. Este resultado resuelve una cuestión importante en la comprensión de las ondas de choque astrofísicas y mejora nuestro entendimiento del proceso de choque.
