Durante casi un siglo, los astrónomos han estado estudiando supernovas con gran interés. Estos eventos milagrosos son los que tienen lugar cuando una estrella entra en la fase final de su vida útil y colapsa, o una estrella compañera la despoja de sus capas externas hasta el punto donde sufre un colapso del núcleo. En ambos casos, este evento generalmente conduce a una liberación masiva de material unas pocas veces la masa de nuestro Sol.
Sin embargo, un equipo internacional de científicos fue testigo recientemente de una supernova que fue sorprendentemente débil y breve. Sus observaciones indican que la supernova fue causada por un compañero invisible, probablemente una estrella de neutrones que despojó a su compañero de material, causando su colapso y convirtiéndose en supernova. Por lo tanto, esta es la primera vez que los científicos han presenciado el nacimiento de un sistema binario compacto de estrellas de neutrones.
El estudio, titulado "Una supernova ultra-despojada caliente y rápida que probablemente formó una estrella binaria de neutrones compacta", apareció recientemente en la revista Ciencias. El estudio fue dirigido por Kishalay De, un estudiante graduado del Departamento de Astrofísica de Caltech, e incluyó miembros del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y el Laboratorio de Propulsión a Chorro, el Instituto de Ciencia Weizmann, el Instituto Max Planck de Astrofísica, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley , y múltiples universidades y observatorios.
La investigación del equipo se realizó principalmente en el laboratorio de Mansi Kasliwal, profesor asistente de astronomía en Caltech y coautor del estudio. También es la investigadora principal del proyecto Global Relay of Observatories Watching Transients Happen (GROWTH) liderado por Caltech, una colaboración astronómica internacional que se centra en el estudio de la física de eventos transitorios (de corta duración), es decir, supernovas, estrellas de neutrones, negro fusiones de agujeros y asteroides cercanos a la tierra.
En aras de su estudio, el equipo observó el evento de supernova conocido como iPTF 14gqr, que apareció en las afueras de una galaxia espiral a unos 920 millones de años luz de la Tierra. En el curso de sus observaciones, notaron que la supernova resultó en la liberación de una cantidad de materia comparablemente modesta, aproximadamente una quinta parte de la masa del Sol. Esta fue toda una sorpresa, como Kasliwali indicó en un reciente comunicado de prensa de Caltech:
"Vimos el colapso del núcleo de esta estrella masiva, pero vimos una masa notablemente pequeña expulsada. Llamamos a esto una supernova de envoltura ultra-despojada y se ha predicho durante mucho tiempo que existen. Esta es la primera vez que vemos de manera convincente el colapso del núcleo de una estrella masiva que está tan desprovista de materia ".
Este evento fue inusual porque, para que las estrellas colapsen, sus núcleos deben haber sido envueltos por grandes cantidades de material de antemano. Esto planteó la pregunta de dónde podrían haber ido las estrellas que faltaban masa. Con base en sus observaciones, determinaron que un compañero compacto (ya sea una enana blanca o una estrella de neutrones) debe haberlo desviado con el tiempo.
Este escenario es lo que conduce a las supernovas de Tipo I, que ocurren en un sistema binario que consiste en una estrella de neutrones y un gigante rojo. En este caso, el equipo no pudo detectar al compañero de la estrella de neutrones, pero razonó que debe haberse formado en órbita con la otra estrella, formando así el sistema binario original. En efecto, esto significa que al observar iPTF 14gqr, el equipo presenció el nacimiento de un sistema binario compuesto por dos estrellas de neutrones compactas.
Además, el hecho de que estas dos estrellas de neutrones estén tan juntas significa que eventualmente se fusionarán en un evento similar al que tuvo lugar en 2017. Conocido como el "evento kilonova", esta fusión fue el primer evento cósmico en ser visto en ondas gravitacionales y electromagnéticas. Las observaciones de seguimiento también indicaron que la fusión probablemente resultó en la formación de un agujero negro.
Esto crea oportunidades para futuras encuestas, que verán iPTF 14gqr para ver si se produce otro evento de kilonova y crea otro agujero negro. Además de todo eso, el hecho de que el equipo pudo observar el evento fue bastante afortunado, dado que estos fenómenos son raros (que representan solo el 1% de los eventos de supernova) y de corta duración. Como explicó De:
“Se necesitan encuestas transitorias rápidas y una red de astrónomos bien coordinada en todo el mundo para capturar realmente la fase inicial de una supernova. Sin datos en su infancia, no podríamos haber concluido que la explosión debe haberse originado en el núcleo colapsante de una estrella masiva con una envoltura de aproximadamente 500 veces el radio del sol ".
El evento fue detectado por primera vez por el Observatorio Palomar como parte de la fábrica transitoria intermedia Palomar (iPTF), una colaboración científica donde los observatorios de todo el mundo monitorean el cosmos en busca de eventos cósmicos de corta duración como las supernovas. Gracias a que el iPTF realizó encuestas nocturnas, el telescopio Palomar pudo detectar iPTF 14gqr muy poco después de convertirse en supernova.
La colaboración también aseguró que una vez que el telescopio Palomar ya no pudiera verlo (debido a la rotación de la Tierra), otros observatorios pudieran seguir monitoreándolo y seguir su evolución. Mirando hacia el futuro, la Instalación Transitoria Zwicky (que es la sucesora del Observatorio Palomar para el iPTF) llevará a cabo inspecciones aún más frecuentes y amplias del cielo, con la esperanza de detectar más de estos eventos raros.
Estas encuestas, en coordinación con los esfuerzos de seguimiento de redes como GROWTH, permitirán a los astrónomos estudiar cómo evolucionan los sistemas binarios compactos. Esto conducirá a una mayor comprensión no solo de cómo interactúan estos objetos, sino que proporcionará más información sobre cómo se forman las ondas gravitacionales y ciertos tipos de agujeros negros.
