Los teóricos habían predicho la primera observación de un nuevo tipo de supernova, pero nunca antes se había confirmado.
En 2017, se descubrió una fuente de ondas de radio particularmente luminosa e inusual en los datos tomados por Very Large Array (VLA) Sky Survey, un proyecto que escanea el cielo nocturno en longitudes de onda de radio. Ahora, dirigido por el estudiante graduado de Caltech Dillon Dong (MS ’18), un equipo de astrónomos ha establecido que la brillante llamarada de radio fue causada por un agujero negro o una estrella de neutrones que chocó contra su estrella compañera en un proceso nunca antes visto.
“Las estrellas masivas generalmente explotan como supernovas cuando se quedan sin combustible nuclear”, dice Gregg Hallinan , profesor de astronomía en Caltech. “Pero en este caso, un agujero negro invasor o una estrella de neutrones ha provocado la explosión prematura de su estrella compañera”. Esta es la primera vez que se confirma una supernova provocada por una fusión.
Restos de una supernova. Crédito de la imagen: NASA, ESA y J. Olmsted (STScI) a través de Wikimedia , CC-BY-4.0
Un artículo sobre los hallazgos aparece en la revista Science .
Bengalas brillantes en el cielo nocturno
Hallinan y su equipo buscan los llamados transitorios de radio, fuentes de ondas de radio de corta duración que brillan intensamente y se queman rápidamente como un fósforo encendido en una habitación oscura. Los transitorios de radio son una excelente manera de identificar eventos astronómicos inusuales, como estrellas masivas que explotan y hacen estallar chorros de energía o las fusiones de estrellas de neutrones.
Mientras Dong examinaba el enorme conjunto de datos del VLA, destacó una fuente extremadamente luminosa de ondas de radio de la encuesta del VLA llamada VT 1210 + 4956. Esta fuente está vinculada al transitorio de radio más brillante jamás asociado con una supernova.
Dong determinó que la energía de radio brillante era originalmente una estrella rodeada por una capa de gas espesa y densa. Esta cáscara de gas se había desprendido de la estrella unos cientos de años antes de la actualidad. VT 1210 + 4956, el transitorio de radio, ocurrió cuando la estrella finalmente explotó en una supernova y el material expulsado de la explosión interactuó con la cáscara de gas. Sin embargo, la propia cáscara de gas y la escala de tiempo en la que se desprendió de la estrella eran inusuales, por lo que Dong sospechaba que podría haber más en la historia de esta explosión.
Dos eventos inusuales
Tras el descubrimiento de Dong, la estudiante graduada de Caltech Anna Ho (PhD ’20) sugirió que este transitorio de radio se compare con un catálogo diferente de breves eventos brillantes en el espectro de rayos X. Algunos de estos eventos de rayos X fueron tan breves que solo estuvieron presentes en el cielo durante unos segundos del tiempo de la Tierra. Al examinar este otro catálogo, Dong descubrió una fuente de rayos X que se originó en el mismo lugar en el cielo que VT 1210 + 4956. Mediante un análisis cuidadoso, Dong estableció que los rayos X y las ondas de radio probablemente provenían del mismo evento.
“El transitorio de rayos X fue un evento inusual, señaló que se lanzó un jet relativista en el momento de la explosión”, dice Dong. “Y el resplandor de radio luminoso indicó que el material de esa explosión más tarde se estrelló contra un toroide masivo de gas denso que había sido expulsado de la estrella siglos antes. Estos dos eventos nunca se han asociado entre sí y, por sí solos, son muy raros “.
Un misterio resuelto
¿Entonces qué pasó? Después de un modelo cuidadoso, el equipo determinó la explicación más probable: un evento que involucró a algunos de los mismos jugadores cósmicos que se sabe que generan ondas gravitacionales.
Especularon que un remanente compacto sobrante de una estrella que había explotado previamente, es decir, un agujero negro o una estrella de neutrones, había estado orbitando cerca de una estrella. Con el tiempo, el agujero negro había comenzado a desviar la atmósfera de su estrella compañera y expulsarla al espacio, formando el toroide de gas. Este proceso arrastró los dos objetos cada vez más cerca hasta que el agujero negro se hundió en la estrella, provocando que la estrella colapsara y explotara como una supernova.
Los rayos X fueron producidos por un chorro lanzado desde el núcleo de la estrella en el momento de su colapso. Las ondas de radio, por el contrario, se produjeron años más tarde cuando la estrella en explosión alcanzó el toroide de gas que había sido expulsado por el objeto compacto que exploto.
Los astrónomos saben que una estrella masiva y un objeto compacto compañero pueden formar lo que se llama una órbita estable, en la que los dos cuerpos se acercan gradualmente en espiral cada vez más cerca durante un período de tiempo extremadamente largo. Este proceso forma un sistema binario que es estable durante millones a miles de millones de años, pero que eventualmente chocará y emitirá el tipo de ondas gravitacionales que fueron descubiertas por LIGO en 2015 y 2017 .
Sin embargo, en el caso de VT 1210 + 4956, los dos objetos chocaron de forma inmediata y catastrófica, produciendo las explosiones de rayos X y ondas de radio observadas. Aunque teóricamente se han predicho colisiones como ésta, VT 1210 + 4956 proporciona la primera evidencia concreta de que ocurre.
Topografía fortuita
El VLA Sky Survey produce enormes cantidades de datos sobre señales de radio del cielo nocturno, pero examinar esos datos para descubrir un evento brillante e interesante como VT 1210 + 4956 es como encontrar una aguja en un pajar. Encontrar esta aguja en particular, dice Dong, fue, en cierto modo, fortuito.
“Teníamos ideas de lo que podríamos encontrar en la encuesta de VLA, pero estábamos abiertos a la posibilidad de encontrar cosas que no esperábamos”, explica Dong. “Creamos las condiciones para descubrir algo interesante mediante la realización de búsquedas sin restricciones y de mente abierta de grandes conjuntos de datos y luego teniendo en cuenta todas las pistas contextuales que pudimos reunir sobre los objetos que encontramos. Durante este proceso, te encuentras atraído en diferentes direcciones por diferentes explicaciones, y simplemente dejas que la naturaleza te diga lo que hay afuera “.
Escrito por Lori Dajose
Fuente: Caltech
