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Una supernova es el brillante final de una estrella gigante. Durante un breve momento del tiempo cósmico, una estrella hace un último esfuerzo para seguir brillando, solo para desvanecerse y colapsar sobre sí misma. El resultado final es una estrella de neutrones o un agujero negro de masa estelar. Por lo general, pensamos que todas las estrellas de más de diez masas solares terminan en forma de supernova, pero un nuevo estudio sugiere que no es así.
A diferencia de las famosas supernovas de tipo Ia, que pueden ser causadas por la fusión o interacción de dos estrellas, las estrellas grandes sufren lo que se conoce como supernova de colapso del núcleo. Las estrellas sobreviven gracias a un equilibrio de calor y presión contra la gravedad. A medida que se fusionan más elementos, una estrella grande debe generar calor mediante la fusión de elementos cada vez más pesados. Con el tiempo, esto forma una capa de regiones donde se fusionan diferentes elementos. Pero esa cadena solo puede llegar hasta el hierro. Después de eso, la fusión de elementos más pesados le cuesta energía en lugar de liberarla. Así que el núcleo colapsa, creando una onda de choque que destroza la estrella.
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| El modelo de piel de cebolla de una estrella moribunda, no a escala. Crédito: R. J. Hall |
En los modelos de grandes estrellas moribundas, las supernovas de colapso del núcleo se producen en estrellas de más de 9-10 masas solares, hasta unas 40-50 masas solares. Por encima de esa masa, las estrellas son tan masivas que probablemente colapsen en un agujero negro directamente, sin convertirse en una supernova. Las estrellas extremadamente masivas, del orden de 150 masas solares o más, podrían explotar como hipernova. Estas bestias no explotan debido a un colapso del núcleo, sino a un efecto conocido como inestabilidad de pares, donde los fotones que colisionan creados en el núcleo crean pares de electrones y positrones.
Este nuevo estudio sugiere que el límite superior de masa de las supernovas de colapso del núcleo podría ser mucho menor de lo que pensábamos. El equipo examinó las abundancias elementales de un par de galaxias en colisión conocidas como Arp 299. Como las galaxias están en proceso de colisión, la región es un semillero de supernovas. En consecuencia, las abundancias elementales de Arp 299 deberían depender en gran medida de los elementos desprendidos en las explosiones de supernovas. Midieron la relación de abundancia entre el hierro y el oxígeno, y las relaciones entre el neón y el magnesio y el oxígeno. Descubrieron que las proporciones de Ne/O y Mg/O eran similares a las del Sol, mientras que la proporción de Fe/O era mucho más baja que los niveles solares. El hierro es arrojado al universo de forma más eficiente por las grandes supernovas.
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| Imagen del Hubble de las galaxias en colisión conocidas como Arp 299. Crédito: NASA, ESA, Hubble Heritage Collaboration y A. Evans |
Las proporciones observadas por el equipo no coincidían con los modelos estándar de colapso del núcleo, pero descubrieron que los datos se ajustaban bien a los modelos de supernova si se excluía cualquier supernova de más de 23 a 27 masas solares. En otras palabras, si las estrellas colapsan en agujeros negros por encima de unas 27 masas solares, los modelos y las observaciones coinciden.
Este trabajo no demuestra de forma concluyente que el límite superior de masa de las supernovas sea menor de lo que pensábamos. También es posible que las supernovas produzcan niveles de neón y magnesio más altos de lo que predicen los modelos. En cualquier caso, está claro que aún nos queda mucho por aprender sobre los últimos estertores de las grandes estrellas.
Fuentes, créditos y referencias:
Mao, Junjie, et al. “Elemental Abundances of the Hot Atmosphere of Luminous Infrared Galaxy Arp 299.” The Astrophysical Journal Letters 918.1 (2021): L17.
Créditos a Universe Today