Utilizando datos del telescopio SMARTS de 1,5 metros ubicado en Cerro Tololo, un programa de NOIRLab de NSF y Observatorio AURA, un equipo de astrónomos descubrió un sistema estelar que en el futuro formará una kilonova, es decir una explosión ultra poderosa, generadora de oro, que se produce por la fusión de estrellas de neutrón. Este tipo de sistemas estelares son tan inusuales que se cree que existen apenas cerca de 10 en toda la Vía Láctea. Credit: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA
Un equipo de astrónomos utilizó el Telescopio SMARTS de 1,5-metros en Cerro Tololo, Chile, un Programa de NOIRLab de NSF, para revelar el primer ejemplo de un tipo extremadamente inusual de sistema estelar binario que reúne todas las condiciones adecuadas para eventualmente desencadenar una kilonova, es decir una explosión ultrapoderosa, productora de oro, que se forma por la colisión de estrellas de neutrones. Estas condiciones son tan inusuales que se cree que hay apenas cerca de 10 sistemas similares en toda la galaxia de la Vía Láctea. El descubrimiento fue publicado hoy en la revista Nature.
El inusual sistema, conocido como CPD-29 2176, se ubica a unos 11.400 años luz de la Tierra y fue identificado por primera vez por el Observatorio de NASA Neil Gehrels Swift. Observaciones posteriores con el Telescopio SMARTS de 1,5 metros permitieron a los astrónomos deducir las características orbitales y los tipos de estrellas que componían este sistema: una estrella de neutrones creada por una supernova ultra desnuda y una estrella masiva en órbita cercana en proceso de convertirse en un supernova ultra desnuda por sí misma.
Una supernova ultra desnuda es el final explosivo de una estrella masiva a la que una estrella compañera le ha quitado gran parte de su atmósfera exterior. Esta clase de supernova carece de la fuerza explosiva de una supernova tradicional, que de otro modo expulsaría del sistema a una estrella compañera cercana.
“La actual estrella de neutrones tendría que formarse sin expulsar a su compañera de sistema. Una supernova ultra desnuda es la mejor explicación de por qué estas estrellas compañeras están en una órbita tan estrecha”, señaló el autor principal de la investigación Noel D. Richardson de la Universidad Aeronaútica Embry-Riddle “Para crear una kilonova algún día, la otra estrella también tendría que explotar como una supernova ultra desnuda, y así las dos estrellas de neutrones podrían colisionar y fusionarse”, precisó.
Además de representar el descubrimiento de una rareza cósmica increíblemente inusual, encontrar y estudiar sistemas progenitores de kilonovas como este puede ayudar a los astrónomos a desentrañar el misterio de cómo se forman las kilonovas, dando indicios sobre el origen de los elementos más pesados del Universo.
Esta infografía ilustra la evolución del sistema estelar CPD-29 2176, el primer progenitor kilonova confirmado. Etapa 1: se forman dos estrellas azules masivas en un sistema estelar binario. Etapa 2: la más grande de las dos estrellas se acerca al final de su vida. Etapa 3: la más pequeña de las dos estrellas extrae material de su compañera más grande, despojándola de gran parte de su atmósfera exterior. Etapa 4: la estrella más grande forma una supernova ultra desnuda (la explosión al final de la vida de una estrella diferente a una supernova más normal. Etapa 5: tal como lo observan actualmente los astrónomos, la estrella de neutrones resultante de la supernova anterior comienza a desviar material de su compañera. Etapa 7: con la pérdida de gran parte de su atmósfera exterior, la estrella compañera también experimenta una supernova ultra desnuda. Este proceso llevará alrededor de un millón de años. Etapa 7: un par de estrellas de neutrones en órbita mutua cercana ahora permanecen donde una vez hubo dos estrellas masivas. Etapa 8: las dos estrellas de neutrones giran en espiral una hacia la otra, entregando su energía orbital como una débil radiación gravitatoria. Etapa 9: la etapa final de este sistema cuando ambas estrellas de neutrones chocan, produciendo una poderosa kilonova, el factor cósmico de los elementos pesados en nuestro Universo. Créditos: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld
“Durante bastante tiempo, los astrónomos especularon sobre las condiciones exactas que podrían producir eventualmente una kilonova. Estos nuevos resultados demuestran, al menos en algunos casos, que dos estrellas de neutrones hermanas pueden fusionarse cuando una de ellas se creó sin una explosión de supernova clásica”, indicó el astrónomo de NOIRLab y coautor del artículo científico André-Nicolas Chené.
Sin embargo, formar un sistema tan inusual es un proceso largo e improbable. “Sabemos que la Vía Láctea contiene al menos 100 mil millones de estrellas y probablemente cientos de miles de millones más. Este notable sistema binario es esencialmente un sistema de uno en diez mil millones”, agregó Chené. "Antes de nuestro estudio, la estimación era que solo uno o dos de estos sistemas deberían existir en una galaxia espiral como la Vía Láctea", concluyó.
Aunque este sistema tiene todo lo necesario para eventualmente formar una kilonova, dependerá de los astrónomos del futuro estudiar este evento. La estrella masiva tardará al menos un millón de años en terminar su vida con una explosión de supernova titánica y convertirse en una segunda estrella de neutrones. Este nuevo remanente estelar y la estrella de neutrones preexistente necesitarán unirse gradualmente en un ballet cósmico, perdiendo lentamente su energía orbital como radiación gravitatoria.
Cuando se fusionen, la explosión de kilonova resultante producirá ondas gravitacionales mucho más poderosas y dejará a su paso una gran cantidad de elementos pesados, incluidos plata y oro.
“Este sistema revela que algunas estrellas de neutrones se forman solamente con un pequeño impulso de supernova. A medida que comprendemos la creciente población de sistemas como CPD-29 2176, tendremos una Idea de lo tranquila que puedes ser algunas muertes estelares y si estas estrellas pueden morir sin las supernovas tradicionales”, concluyó Richardson.
