Observan en directo y por primera vez en la historia el nacimiento de una estrella de neutrones

Observaciones recientes confirman lo que se predijo teóricamente sobre el nacimiento de estrellas de neutrones o agujeros negros tras explosiones de supernovas.

Los modelos teóricos de evolución estelar predicen que las estrellas muy masivas, con una masa superior a unas 8 veces la masa del Sol, terminan sus vidas con una explosión de supernova.

Supernovas

Al final de la vida de una estrella muy masiva, el agotamiento del combustible nuclear en el centro de la estrella provoca un colapso repentino de la estrella, seguido de un aumento de temperatura suficiente para producir una explosión destructiva. La energía producida durante esta explosión también puede ser comparable a la emitida por toda la galaxia que alberga la estrella.

Tras la explosión de la estrella, cuando las capas exteriores son expulsadas violentamente, el colapso del núcleo da lugar a la formación de un objeto extremadamente compacto que, dependiendo de la masa inicial de la estrella, puede ser una estrella de neutrones o un agujero negro.

Hasta ahora, los astrónomos habían observado numerosos restos de supernovas que explotaron en el pasado, pero sólo en unas pocas docenas de estos restos lograron identificar la estrella de neutrones formada tras la explosión.

Así que lo que se había observado hasta ahora era una supernova que ya había explotado y una estrella de neutrones en el centro de su remanente o una supernova en proceso de explosión pero sin evidencia de la estrella de neutrones.

Por lo tanto, basándose en modelos de evolución estelar, se dedujo que la estrella de neutrones fue una consecuencia de la explosión. Sin embargo, no se podía descartar que la estrella de neutrones ya existiera en el lugar donde explotó la supernova y que, por tanto, ambos objetos no tuvieran ninguna relación.

¿Cuál es la gran noticia?

La novedad de las recientes observaciones es haber observado la explosión de la supernova en tiempo real y evidencia (indirecta) del nacimiento simultáneo de la estrella de neutrones.

Un cazador de supernovas, el astrónomo aficionado Berto Monard, que dirige el Observatorio Klein Karoo en el Cabo Occidental (Sudáfrica), descubrió en mayo de 2022 una supernova, llamada SN 2022jli, en la galaxia NGC 157, a 75 millones de años luz de distancia.

Una vez informado del descubrimiento, la comunidad científica tomó medidas para observarlo y estudiarlo con telescopios e instrumentos mucho más potentes: VLT y NTT del Observatorio Europeo Austral.

En particular, dos grupos diferentes observaron SN 2022jli de forma independiente y descubrieron un comportamiento absolutamente peculiar en comparación con otras supernovas.

El brillo de las supernovas tiene una tendencia caracterizada por un aumento muy rápido hasta un valor máximo seguido de un debilitamiento gradual hasta que el brillo llega a ser tan bajo que el objeto ya no es visible.

Lo que observaron los dos equipos, uno dirigido por el astrónomo Thomas Moore de la Queen's University de Belfast y otro dirigido por Ping Chen del Instituto Weizmann de Ciencias (Israel), fue una oscilación del brillo con un período constante de unos 12 días.

Un escenario abierto a interpretaciones

El escenario interpretativo que surgió de las observaciones y su comparación con varios modelos es que la estrella masiva que explotó como supernova estaba en un sistema binario, es decir, tenía una estrella compañera, ambas girando alrededor del centro de masa común y con período de aproximadamente 12 días.

Tras la explosión, la estrella más masiva se convirtió en una estrella de neutrones que continúa orbitando a su estrella compañera, que sobrevivió a la explosión. Sin embargo, la atmósfera de la compañera se ha enriquecido e hinchado con el gas y el polvo expulsados de la antigua estrella masiva. Por tanto, la estrella de neutrones en su movimiento orbital alrededor de su compañera cada 12 días captura parte de este gas, formando su propio disco caliente que aumenta periódicamente su brillo.

Como se muestra en la figura anterior, la luminosidad del sistema varía periódicamente con un periodo de 12 días. Esta fluctuación de la luminosidad revela la presencia de una neoestrella de neutrones que varía su luminosidad sólo porque periódicamente captura, para ser justos, parte de lo que antes era su gas y ahora ha sido absorbido por su estrella compañera.

Futuras observaciones con el ELT (Extremely Large Telescope), actualmente en construcción, podrán revelar más detalles sobre este sistema.