Las supernovas (explosiones de estrellas tan brillantes como toda la Vía Láctea) nos han fascinado desde la antigüedad. Sin embargo, hay más supernovas pobres en hidrógeno de las que los astrofísicos pueden explicar. Ahora, un nuevo profesor asistente en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) ha desempeñado un papel clave en la identificación del grupo de precursores que falta. Los resultados, publicados ahora en la revista Science, se remontan a una conversación entre dos profesores que eran científicos jóvenes hace muchos años.
Algunas estrellas no simplemente mueren, sino que explotan en explosiones estelares que pueden exceder el poder de galaxias enteras. Estos fenómenos cósmicos, llamados supernovas, propagan luz, elementos, energía y radiación por el espacio y crean ondas de choque galácticas que comprimen las nubes de gas y crean nuevas estrellas. En otras palabras, las supernovas dieron forma a nuestro universo. Entre ellas, las supernovas pobres en hidrógeno producidas por la explosión de estrellas masivas siempre han desconcertado a los astrofísicos. La razón: los científicos no han podido encontrar sus estrellas progenitoras. Estas supernovas parecen casi como si surgieran de la nada.
"Hay muchas más supernovas pobres en hidrógeno de las que nuestros modelos actuales pueden explicar. O no podemos detectar estrellas que maduren en este camino o tenemos que modificar todos nuestros modelos", dice la profesora adjunta de la ISTA, Ylva Götberg. Fue pionera en el trabajo con Maria Drout, profesora asociada del Instituto Dunlap de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Toronto, Canadá.
"Las estrellas individuales normalmente explotan como supernovas ricas en hidrógeno. La pobreza de hidrógeno indica que la estrella precursora debe haber perdido su gruesa envoltura rica en hidrógeno. Esto ocurre naturalmente en un tercio de las estrellas masivas cuando la compañera binaria se desprende de su envoltura", dijo Gottberg.
Ahora, Gottberg y Drout están combinando su experiencia en modelos teóricos y observaciones para buscar las estrellas desaparecidas. Su búsqueda tuvo éxito: documentaron una población estelar única en su tipo, llenando finalmente un enorme vacío de conocimiento y revelando el origen de las supernovas pobres en hidrógeno.
Estrellas dobles y peeling capsular
Las estrellas que buscaban Gottberg y Drout estaban en parejas: cruzadas entre sí en un sistema binario. El sistema estelar binario de Sirio está a sólo 8,6 años luz de la Tierra; desde un punto de vista cosmológico, está literalmente a tiro de piedra. Esto explica el brillo observado de Sirio A en nuestro cielo nocturno.
Los astrofísicos esperan que las estrellas desaparecidas se formaran originalmente a partir de sistemas estelares binarios masivos. En un sistema binario, las estrellas orbitan entre sí hasta que la envoltura gruesa y rica en hidrógeno de la estrella más masiva se expande. Con el tiempo, la atracción gravitacional de la envoltura en expansión sobre la estrella compañera será mayor que la atracción gravitacional sobre su propio núcleo.
Esto hace que la masa comience a desplazarse, provocando eventualmente que toda la envoltura rica en hidrógeno sea eliminada, dejando atrás un núcleo de helio compacto y caliente, más de 10 veces más caliente que la superficie del sol. Este es exactamente el tipo de estrella que buscan Gottberg y Drout.
"Se pensaba que las estrellas de helio de masa intermedia, desprendidas mediante interacciones binarias, desempeñaban un papel importante en la astrofísica. Sin embargo, hasta ahora no se han observado". De hecho, existe una enorme brecha de masa entre los tipos conocidos de estrellas de helio: las estrellas Wolf-Rayet (WR) más masivas tienen más de 10 veces la masa del Sol, mientras que las subenanas de baja masa pueden tener sólo aproximadamente la mitad de la masa del Sol. Sin embargo, según las predicciones del modelo, la masa del precursor de supernova pobre en hidrógeno después de su extracción es de entre 2 y 8 masas solares.
No buscar una aguja en un pajar
Antes del estudio de Gottberg y Drout, sólo se había encontrado una estrella que cumplía con los criterios de masa y composición esperados, y fue denominada "cuasi-rayo lobo" (o "rayo lobo aproximado").
"Sin embargo, las estrellas que siguen este camino viven tanto que muchas de ellas deben estar dispersas por todo el universo observable", dijo Gottberg. ¿No los "ven" los científicos en absoluto? Entonces Gottberg y Drouter utilizaron sus conocimientos complementarios. Con la ayuda de fotometría ultravioleta y espectroscopia óptica, identificaron un cúmulo de 25 estrellas que coincidía con las expectativas para las estrellas de helio de masa intermedia. Estas estrellas están ubicadas en dos galaxias vecinas bien estudiadas, la Gran Nube de Magallanes y la Pequeña Nube de Magallanes.
"Nuestro estudio muestra que estas estrellas son más azules que la línea de nacimiento de la estrella, que es la etapa más azul en la vida de una sola estrella. El proceso de maduración de una sola estrella se produce hacia la región roja del espectro. La estrella se mueve en la dirección opuesta sólo cuando se eliminan sus capas externas, una situación que se espera que sea común en binarias que interactúan, pero rara en estrellas masivas individuales", explica Gottberg.
Luego, los científicos utilizaron espectroscopía óptica para verificar la población de estrellas candidatas: descubrieron que estas estrellas tenían fuertes firmas espectrales de helio ionizado.
"Las líneas de helio fuertemente ionizado nos dicen dos cosas importantes: primero, confirman que las capas más externas de las estrellas son en su mayor parte helio, y segundo, sus superficies están muy calientes", dijo Gottberg. "Después de desprenderse, el núcleo de la estrella queda expuesto, compacto y rico en helio, y eso es lo que les sucede a las estrellas".
Sin embargo, ambas estrellas en un sistema binario contribuyen al espectro observado. Por tanto, esta técnica permite a los investigadores clasificar cúmulos de estrellas candidatas en función de qué estrella contribuye más al espectro.
"Este trabajo nos ha llevado a la población faltante de estrellas de masa intermedia empobrecidas en helio, los ancestros previstos de las supernovas pobres en hidrógeno. Estas estrellas siempre han existido y puede haber más. Tenemos que descubrir cómo encontrarlas", dijo Gottberg. "Nuestro trabajo es probablemente uno de los primeros intentos, pero debería haber otros enfoques posibles".
De estudiante de posgrado a líder en astrofísica
La idea detrás del proyecto surgió de una discusión después de que Gottberg y Drout asistieran a una conferencia durante sus estudios de posgrado en la que Gottberg dio una charla. Ambos científicos eran investigadores que iniciaban su carrera y se dirigían hacia las estrellas y ahora son líderes en sus campos.
Gottberg, que trabajó como becario postdoctoral del Hubble de la NASA en el Observatorio Carnegie en Pasadena, California, se unió a ISTA en septiembre. En el Instituto Internacional de Astrofísica, Gottberg se une a las crecientes filas de jóvenes líderes de grupos de astrofísica del instituto y dirige su propio grupo centrado en el estudio de las interacciones binarias de las estrellas.
Fuente compilada: ScitechDaily