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Viernes, 29 agosto 2014
Astrofísica

Integral captura la explosión de una estrella muerta

Un equipo de astrónomos, observando con el telescopio de rayos gamma de la ESA, Integral, han demostrado que las estrellas muertas del tipo enana blanca pueden reactivarse y estallar como supernovas. El hallazgo se produce tras la primera detección de la firma, en rayos gamma, de elementos radioactivos creados en una de estas explosiones.

 

Las explosiones en cuestión son las supernovas de tipo Ia, de las que se sospecha hace tiempo que son el resultado de la explosión de una enana blanca que interacciona con una estrella compañera. Sin embargo hasta ahora nunca se había tenido pruebas definitivas de la implicación de las enanas blancas en las explosiones de supernova. La pista, en este caso, ha sido la detección de núcleos radioactivos creados, por fusión termonuclear, durante la explosión de una estrella enana blanca.

 

"Integral es perfectamente capaz de detectar la firma química de la fusión, pero hemos tenido que esperar más de diez años para cazar una supernova cercana, en una oportunidad de las que se presentan una vez en la vida", dice Eugene Churazov, del Instituto de Investigación Espacial (IKI) en Moscú, Rusia, y el Instituto Max Planck de Astrofísica en Garching, Alemania.

 

Aunque las supernovas de tipo Ia deben de ser frecuentes en el universo, si se considera una única galaxia la frecuencia es de una supernova cada pocos cientos de años.

 

Integral tuvo su oportunidad el 21 de enero de 2014, cuando en el observatorio universitario de Mill Hill, del University College London, Reino Unido, un grupo de estudiantes descubrieron una supernova de tipo Ia -después llamada SN2014J- en la galaxia vecina M82.

 

La teoría de estas explosiones predice que el carbono y el oxígeno de una enana blanca deberían fusionarse, durante la explosión, en níquel radioactivo. Este níquel debería desintegrarse rápidamente en cobalto radioactivo, que a su vez debería decaer, en un periodo de tiempo algo más largo, en hierro estable.

 

SN2014J está a unos 11.5 millones de años luz de la Tierra, lo que la convierte en la supernova de este tipo más cercana detectada en las últimas décadas. Esta relativa cercanía del fenómeno permitió a Integral ver los rayos gamma que emiten los elementos durante la desintegración radiactiva. Durante la semana siguiente al descubrimiento de la supernova, se diseñó y aprobó un plan de observación para Integral.

 

Estudiando con Integral las secuelas de la explosión de supernova los investigadores buscaron la firma de la desintegración del cobalto, y no solo la encontraron, sino que las cantidades coincidían exactamente con las predichas por los modelos.

 

[Img #21940]

 

"Los espectros obtenidos con Integral 50 días después de la explosión se ajustan de forma excelente a lo que esperábamos medir de la desintegración del cobalto en los restos de una enana blanca", dice Churazov, primer autor de una publicación, en la revista Nature, que describe este trabajo.

 

Ahora que la teoría está confirmada, otros astrónomos podrán adentrarse en los detalles del proceso. En concreto estudiarán, para empezar, cuál es el detonante de la explosión de la enana blanca.

 

Las enanas blancas son estrellas muertas en las que una masa de hasta 1,4 veces la del Sol está comprimida en un volumen equiparable al de la Tierra. Dado que son inertes, no pueden simplemente hacerse estallar a sí mismas. Los astrónomos creen que lo que sucede es que absorben materia de una estrella compañera, hasta que se alcanza una determinada masa crítica total. Cuando esto ocurre, la presión en el corazón de la enana blanca desencadena una catastrófica explosión termonuclear.

 

Las primeras observaciones de SN2014J con Integral cuentan una historia algo distinta, y han sido objeto de un estudio aparte que se publica online en Science Express, firmado por Roland Diehl, del Instituto Max Planck para la Física Extraterrestre en Alemania, y sus colegas.

 

Apenas 15 días después de la explosión, Diehl y sus compañeros detectaron rayos gamma emitidos durante la desintegración del níquel radioactivo. Fue un hallazgo inesperado, porque se cree que durante las fases iniciales de una supernova de tipo Ia los restos de la explosión son tan densos que los rayos gamma producto de la desintegración del níquel deberían quedar atrapados dentro.

 

"Nos sorprendió esta señal, y algunos de los mimbros del grupo incluso pensaron que debía ser un error", dice Diehl. "Tuvimos largas y muy productivas conversaciones sobre qué podría explicar estos datos".

 

Una revisión cuidadosa de la teoría indica que la señal queda oculta solo si la explosión empieza en el corazón de la enana blanca. Diehl y sus colegas creen que lo que están viendo es la evidencia de que se debe haber formado alrededor de la enana blanca un cinturón de gas procedente de la estrella compañera. Esta capa exterior debió explotar, primero generando el níquel detectado y después desencadenando la explosión interna que se convirtió en la supernova.

 

“Al margen de la cuestión de cuál es el detonante de estas supernovas, Integral ha demostrado que en estos cataclismos estelares están implicadas las enanas blancas", dice Erik Kuulkers, Jefe Científico de la ESA para Integral. "Esto demuestra claramente que incluso tras doce años de operaciones Integral aún tiene un papel crucial a la hora de desvelar los misterios del universo a altas energías".

 

El Centro Científico de Integral está en ESAC, el Centro Europeo de Astronomía Espacial de la ESA, en Villanueva de la Cañada, Madrid (España). Como explica Erik Kuulkers, jefe científico de Integral, todo el equipo de Integral en ESAC ha estado directamente implicado en las observaciones que han conducido a este hallazgo. Elaborar el programa completo de observación y planificar de acuerdo con él la agenda de Integral "nos mantuvo ocupados cinco meses", dice Kuulkers, desde enero a junio.

 

Además, el equipo del Monitor Óptico a bordo de Integral -que muestra la curva de luz de las observaciones en el visible- está en las instalaciones del Centro de Astrobiología (CAB) en ESAC.

 

Algunas de las observaciones de SN2014J se obtuvieron dentro del programa de objetivos de oportunidad de Integral, con Jordi Isern (ICE-CSIC/IEEC, España). El Jefe Científico de Integral, Erik Kuulkers, consiguió tiempo de observación adicional a petición de la comunidad de supernovas de Integral, tiempo que fue complementado por Rusia dentro del tiempo garantizado de Rusia, siguiendo la recomendación del Comité Asesor de Integral de Rusia.

 

Las supernovas de tipo Ia son especialmente importantes porque se usan para medir distancias en el universo. En los años noventa su estudio condujo al descubrimiento de que el universo está expandiéndose de forma acelerada, en un proceso que se cree alimentado por una misteriosa forma de energía llamada "energía oscura". El premio Nobel de Física de 2011 fue concedido a Saul Perlmutter, Adam Riess y Brian Schmidt por su papel en el descubrimiento de la energía oscura.

 

Integral -International Gamma-ray Astrophysics Laboratory- fue lanzado el 17 de octubre de 2002. Integral es un proyecto de la ESA con los instrumentos y un centro de ciencia financiado por los Estados Miembros de la ESA (en especial los países de los Investigadores Principales: Dinamarca, Francia, Alemania, Italia, España y Suiza), y con la participación de Rusia y EEUU. La misión se dedica a la espectroscopía de detalle (E/∆E = 500) e imagen (resolución angular: 12 arcmin FWHM) de fuentes celestiales de rayos gama en el rango de energía de 15 keV a 10 MeV, y además con observaciones contemporáneas en rayos X (4–35 keV) y en óptico (V-band, 550 nm). (Fuente: ESA)

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