Una supernova es un brillante final para una estrella gigante. Por un breve momento del tiempo cósmico, una estrella hace un último esfuerzo por 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. En general, pensamos que todas las estrellas por encima de unas diez masas solares terminarán como una supernova, pero un nuevo estudio sugiere que ese no es el caso.
Esta ilustración muestra las etapas finales en la vida de una estrella supermasiva que no explota como supernova, sino que implosiona para formar un agujero negro. Crédito: NASA / ESA / P. Jeffries (STScI)
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 mediante un equilibrio de calor y presión contra la gravedad. A medida que se fusionan más elementos, una estrella grande debe generar calor fusionando elementos cada vez más pesados. Eventualmente, esto forma una capa de regiones donde se fusionan diferentes elementos. Pero esa cadena solo se puede llevar hasta el hierro. Después de eso, fusionar elementos más pesados le cuesta energía en lugar de liberarla. Entonces, el núcleo colapsa, creando una onda de choque que destroza la estrella.
El modelo de piel de cebolla de una estrella moribunda, no a escala. Crédito: RJ Hall
En modelos de grandes estrellas moribundas, las supernovas de colapso del núcleo ocurren para estrellas por encima de 9-10 masas solares, hasta aproximadamente 40-50 masas solares. Por encima de esa masa, las estrellas son tan masivas que probablemente colapsen directamente en un agujero negro, sin convertirse en supernova. Las estrellas extremadamente masivas, del orden de 150 masas solares o más, podrían explotar como una hipernova. Estas bestias no explotan debido a un colapso del núcleo, sino a un efecto conocido como inestabilidad de pares, donde los fotones en colisión creados en el núcleo crean pares de electrones y positrones.
Este nuevo estudio sugiere que el límite de masa superior para las supernovas de colapso del núcleo podría ser mucho más bajo de lo que pensábamos. El equipo analizó las abundancias elementales de un par de galaxias en colisión conocidas como Arp 299. Debido a que las galaxias están en proceso de colisión, la región es un semillero de supernovas. Como resultado, las abundancias elementales de Arp 299 deberían depender en gran medida de los elementos desprendidos en las explosiones de supernovas. Midieron la proporción de abundancia de hierro a oxígeno y las proporciones de neón y magnesio a oxígeno. Descubrieron que las relaciones Ne / O y Mg / O eran similares a las del Sol, mientras que la relación Fe / O era mucho más baja que los niveles solares. El hierro es arrojado al universo de manera más eficiente por las grandes supernovas.
Una imagen del Hubble de una colisión de galaxias conocidas como Arp 299. Crédito: NASA, ESA, Hubble Heritage Collaboration y A. Evans
Las proporciones que observó el equipo no coincidían con los modelos estándar de colapso del núcleo, pero descubrieron que los datos coincidían bien con los modelos de supernovas si se excluía cualquier supernova de aproximadamente 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 concuerdan.
Este trabajo no prueba de manera concluyente que el límite superior de masa de las supernovas sea más pequeño de lo que pensábamos. También es posible que las supernovas produzcan niveles más altos de neón y magnesio de lo que predicen los modelos. De cualquier manera, está claro que todavía tenemos mucho que aprender sobre los últimos jadeos moribundos de las grandes estrellas.
Referencia:
J. Mao y col . “ Abundancias elementales de la atmósfera caliente de la galaxia infrarroja luminosa Arp 299 ”. The Astrophysical Journal Letters 918.1 (2021): L17. [ preimpresión de arXiv ]
