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| La estrella SMSS J200322.54-114203.3. (centro, con retículo) en la esquina sureste de la constelación de Aquila (el Águila) cerca de la frontera con Capricornio y Sagitario. Crédito: Da Costa/SkyMapper |
Las fusiones de estrellas de neutrones se han confirmado recientemente como lugares de nucleosíntesis por captura rápida de neutrones (proceso r). Sin embargo, en los modelos de evolución química galáctica, las fusiones de estrellas de neutrones no pueden reproducir por sí solas los patrones de abundancia de elementos observados en estrellas extremadamente pobres en metales, lo que indica la existencia de otros lugares de nucleosíntesis de proceso r. Estos lugares pueden investigarse estudiando los patrones de abundancia de elementos de las estrellas químicamente primitivas del halo de la Vía Láctea, ya que estos objetos conservan las firmas nucleosintéticas de la primera generación de estrellas. Aquí presentamos el patrón de abundancia de elementos de la estrella extremadamente pobre en metales SMSS J200322.54-114203.3. Observamos un gran aumento de los elementos del proceso r, con una metalicidad general muy baja. El patrón de abundancia de elementos se ajusta bien a los rendimientos de una única hipernova magnetorrotatoria de 25 masas solares. Una hipernova de este tipo podría producir no sólo los elementos del proceso r, sino también elementos ligeros durante la evolución estelar, y elementos de pico de hierro durante la combustión nuclear explosiva. Las hipernovas se asocian a menudo con estallidos de rayos γ de larga duración en el Universo cercano. Esta conexión indica que explosiones similares de estrellas fuertemente magnetizadas de giro rápido se produjeron durante las primeras épocas de formación estelar en nuestra Galaxia.
Una explosión masiva de una fuente desconocida hasta ahora -10 veces más energética que una supernova- podría ser la respuesta a un misterio de 13.000 millones de años de la Vía Láctea.
Astrónomos dirigidos por David Yong, Gary Da Costa y Chiaki Kobayashi, del Centro de Excelencia en Astrofísica del Cielo en 3 Dimensiones (ASTRO 3D), con sede en la Universidad Nacional de Australia (ANU), han descubierto la primera prueba de la destrucción de una estrella colapsada que gira rápidamente, un fenómeno que describen como "hipernova magneto-rotacional".
Este tipo de cataclismo, hasta ahora desconocido, que se produjo 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 extremadamente antigua y "primitiva" de la Vía Láctea.
Esa estrella, conocida como SMSS J200322.54-114203.3, contiene mayores cantidades de elementos metálicos, como 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 sólo el violento colapso de una estrella muy temprana -amplificado por una rápida rotación y la presencia de un fuerte campo magnético- puede explicar los neutrones adicionales necesarios.
La investigación se publica hoy en la revista Nature.
"La estrella que observamos tiene una relación hierro/hidrógeno unas 3.000 veces inferior a la del Sol, lo que significa que es muy rara: lo que llamamos una estrella extremadamente pobre en metales", dijo el Dr. Yong, que trabaja en la ANU.
"Sin embargo, el hecho de que contenga cantidades mucho mayores de lo esperado de algunos elementos más pesados significa que es aún más rara: una verdadera aguja en un pajar".
Las primeras estrellas del universo estaban formadas casi exclusivamente por hidrógeno y helio. Al final, colapsaron y explotaron, convirtiéndose en estrellas de neutrones o agujeros negros, produciendo elementos más pesados que se incorporaron en cantidades minúsculas a la siguiente generación de estrellas, las más antiguas que aún existen.
Las tasas y energías de estas muertes estelares se han hecho bien conocidas en los últimos años, por lo que la cantidad de elementos pesados que producen está bien calculada. Y, en el caso de SMSS J200322.54-114203.3, las cuentas no cuadran.
"Las cantidades adicionales de estos elementos tenían que venir de algún sitio", afirma el profesor asociado Chiaki Kobayashi, de la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido).
"Ahora encontramos por primera vez pruebas observacionales que indican directamente que hubo un tipo diferente de hipernova que produjo todos los elementos estables de la tabla periódica a la vez: una explosión de colapso del núcleo de una estrella masiva fuertemente magnetizada que gira rápidamente. Es lo único que explica los resultados".
Las hipernovas se conocen desde finales de la década de 1990. Sin embargo, ésta es la primera vez que se detecta una que combina la rotación rápida y el fuerte magnetismo.
"Es una muerte explosiva para la estrella", dijo el Dr. Yong. "Calculamos que hace 13.000 millones de años J200322.54-114203.3 se formó a partir de una sopa química que contenía los restos de este tipo de hipernova. Nadie había encontrado este fenómeno antes".
J200322.54-114203.3 se encuentra a 7500 años luz del Sol y orbita en el halo de la Vía Láctea.
Otro coautor, el profesor Brian Schmidt, premio Nobel y vicerrector de la ANU, añadió: "La elevada abundancia de zinc es un marcador definitivo de una hipernova, una supernova muy energética".
El jefe del equipo de First Stars en ASTRO 3D, el profesor Gary Da Costa, de la ANU, explicó que la estrella fue identificada por primera vez por un proyecto llamado estudio SkyMapper del cielo austral.
"La estrella fue identificada por primera vez como extremadamente pobre en metales utilizando SkyMapper y el telescopio de 2,3 m de la ANU en el Observatorio de Siding Spring, en el oeste de Nueva Gales del Sur", dijo. "A continuación se obtuvieron observaciones detalladas con el Very Large Telescope de 8m del Observatorio Europeo Austral en Chile".
La directora de ASTRO 3D, la profesora Lisa Kewley, comentó: "Se trata de un descubrimiento extremadamente importante que revela una nueva vía para la formación de elementos pesados en el universo naciente".
Otros miembros del equipo de investigación se encuentran en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.), la Universidad de Estocolmo (Suecia), el Instituto Max Planck de Astrofísica (Alemania), el Istituto Nazionale di Astrofisica (Italia) y la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia).
Fuentes, créditos y referencia:
Más información: r-Process elements from magnetorotational hypernovae, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03611-2 , www.nature.com/articles/s41586-021-03611-2
Información de la revista: Nature
Proporcionado por ASTRO 3D