Tormentas de polvo cósmico de una supernova de tipo Ia

El polvo cósmico es similar al polvo en la Tierra: agrupaciones de moléculas que se han condensado y adherido formando un grano. Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto una fuente de polvo previamente desconocida en el universo: una supernova de Tipo Ia que interactúa con el gas de su entorno. Los resultados son significativos porque la naturaleza exacta de la creación de polvo en el universo ha sido durante mucho tiempo un misterio.

Su estudio fue publicado en Nature Astronomy el 9 de Febrero de 2024, el cual fue dirigido por la Dra. Lingzhi WANG, profesor del Centro Sudamericano de Astronomía de la Academia China de Ciencias (CASSACA), junto con otros astrónomos de China, Estados Unidos, Chile, Reino Unido, España, etc.

Se sabe que las supernovas desempeñan un papel en la formación de polvo y, hasta la fecha, solo se ha observado su formación en supernovas de colapso central, que son explosiones de estrellas masivas. Dado que las supernovas de colapso del núcleo no se producen en galaxias elípticas, la naturaleza de la creación de polvo en estas galaxias sigue siendo difícil de descifrar.  Estas galaxias no están organizadas en forma de espiral como nuestra Vía Láctea, sino que son gigantescos enjambres de estrellas. El nuevo estudio concluye que las supernovas termonucleares de tipo Ia, es decir, la explosión de una estrella enana blanca en un sistema binario con otra estrella, pueden ser responsables de una cantidad significativa de polvo en estas galaxias.

Los investigadores monitorearon una supernova, SN 2018evt, durante más de tres años utilizando instalaciones espaciales como el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y las misiones NEOWISE, e instalaciones terrestres como Red Global de Telescopios del Observatorio Las Cumbres y otras instalaciones en China, Sudamérica y Australia. Descubrieron que la supernova estaba chocando con material previamente expulsado por una o ambas estrellas del sistema binario antes de la explosión de la estrella enana blanca.  La supernova envió una onda de choque a este gas preexistente.  A medida que los investigadores monitoreaban la supernova durante más de 1,000 días, notaron que su luz comenzó a atenuarse precipitadamente en las longitudes de onda ópticas que nuestros ojos pueden ver, y luego comenzó a brillar más intensamente en luz infrarroja. Esto es una señal revelador de que se estaba creando polvo en el gas circunestelar después de que éste se enfriara tras el paso de la onda de choque de la supernova.  

“Los orígenes del polvo cósmico han sido durante mucho tiempo un misterio. Esta investigación marca la primera detección de un proceso significativo y rápido de formación de polvo en la supernova termonuclear que interactúa con gas circunestelar”, afirmó Lingzhi WANG, la primera autora de este estudio.

Fig. 1, Bosquejos esquemáticos de SN 2018evt en las diferentes fases a, b y c. La obra de arte en la parte superior derecha presenta el proceso de formación de polvo producido por ChatGPT.

El estudio estimó que esta supernova debe haber generado una gran cantidad de polvo, más del 1% de la masa del Sol.  A medida que la supernova se enfríe, la cantidad de polvo creado debería aumentar, quizás hasta diez veces. Aunque estas fábricas de polvo no son tan numerosas ni eficientes como las supernovas de colapso del núcleo, podría haber suficientes supernovas termonucleares interactuando con su entorno como para ser una fuente significativa o incluso dominante de polvo en las galaxias elípticas.

“Este trabajo ofrece información sobre la contribución de las supernovas termonucleares al polvo cósmico, y se espera encontrar más fenómenos de este tipo en la era del Telescopio Espacial James Webb (JWST)”, declaró el profesor Lifan WANG, de la Universidad A&M de Texas, co-primer autor de este estudio. El telescopio Webb capta luz infrarroja, que es perfecta para la detección de polvo.

“La creación de polvo es simplemente el gas enfriándose lo suficiente como para condensarse “, dijo el profesor Andy Howell, del Observatorio Las Cumbres y la Universidad de California en Santa Bárbara. Howell es el investigador principal del Proyecto Global Supernova, cuyos datos se utilizaron en el estudio. “Un día ese polvo se condensará en planetesimales y, en última instancia, en planetas.  Se trata de una creación que comienza de nuevo tras la muerte estelar.  Es emocionante comprender otro eslabón en el círculo de la vida y la muerte en el universo”.

Este artículo puede consultarse en https://www.nature.com/articles/s41550-024-02197-9

Fig. 2: Evolución temporal de la masa del polvo nuevo en SN 2018evt, junto con las masas de polvo estimadas para supernovas de colapso del núcleo. La línea negra presenta el ajuste de ley de potencia a la masa del polvo recién formado de SN 2018evt para granos de grafito de 0.3 um.

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