Nuevas observaciones del telescopio espacial James Webb han proporcionado la primera evidencia directa de una estrella de neutrones como consecuencia de la explosión de una supernova.

SN 1987A (imágenes NIRCam, MIRI y NIRSpec).

Las supernovas, los explosivos estertores finales de algunas estrellas masivas, se desatan en cuestión de horas y la luminosidad de la explosión alcanza su punto máximo en pocos meses. Los restos de la estrella explotada continuarán evolucionando a un ritmo rápido en las décadas siguientes, ofreciendo una rara oportunidad para que los astrónomos estudien un proceso astronómico clave en tiempo real.

Un ejemplo de esto es SN 1987A, que ocurrió a 160.000 años luz de la Tierra en la Gran Nube de Magallanes. Fue observada por primera vez en la Tierra en febrero de 1987, y su luminosidad alcanzó su punto máximo en mayo de ese año. Fue la primera supernova visible a simple vista desde la Supernova de Kepler observada en 1604.

Aproximadamente dos horas antes de la primera observación en luz visible de SN 1987A, tres observatorios en todo el mundo detectaron una ráfaga de neutrinos que duró solo unos segundos. Ambos tipos de observaciones se vincularon al mismo evento de supernova y proporcionaron pruebas importantes para informar la teoría de cómo se llevan a cabo las supernovas por colapso del núcleo. Esta teoría incluía la expectativa de que este tipo de supernova formaría una estrella de neutrones o un agujero negro. Desde entonces, los astrónomos han buscado evidencia de uno u otro de estos objetos compactos en el centro del material en expansión.

En los últimos años, se encontraron pruebas indirectas de la presencia de una estrella de neutrones en el centro del remanente, y observaciones de restos de supernovas mucho más antiguas, como la Nebulosa del Cangrejo, confirman que las estrellas de neutrones se encuentran en muchos restos de supernovas. Sin embargo, hasta ahora, no se había observado evidencia directa de una estrella de neutrones en las secuelas de SN 1987A —o cualquier otra explosión reciente de supernova—.

«A partir de modelos teóricos de SN 1987A, la ráfaga de neutrinos de 10 segundos detectada justo antes de la supernova implicaba que se formó una estrella de neutrones o un agujero negro en la explosión. Pero no habíamos observado ninguna firma convincente de dicho objeto. Con la ayuda del Webb, empero, hemos encontrado evidencia directa de la emisión desencadenada por el objeto compacto recién nacido, muy probablemente una estrella de neutrones», explicó Claes Fransson de la Universidad de Estocolmo, y autor principal del reciente estudio publicado en Science.

Observaciones de Webb sobre SN 1987A

Webb comenzó su vida operacional en julio de 2022, y las observaciones detrás del reciente trabajo se realizaron el 16 de julio, convirtiendo al remanente de SN 1987A en uno de los primeros objetos observados por el flamante telescopio espacial de la NASA.

El equipo utilizó el modo Espectrógrafo de Resolución Media (MRS) del Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) de Webb, que los miembros del mismo equipo autor del hallazgo ayudaron a desarrollar. El MRS es un tipo de instrumento conocido como Unidad de Campo Integral (IFU), el cual puede capturar imágenes de un objeto y tomar un espectro al mismo tiempo. Una IFU forma un espectro en cada píxel, permitiendo a los observadores ver diferencias espectroscópicas en todo el objeto. El análisis del corrimiento al rojo de cada espectro también permite la evaluación de la velocidad en cada posición.

Crédito: C. Fransson et al., Science, 2024.

El análisis espectral de los resultados mostró una señal fuerte debido al argón ionizado desde el centro del material eyectado que rodea el sitio original de SN 1987A. Observaciones posteriores utilizando el IFU NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) de Webb a longitudes de onda más cortas encontraron elementos químicos aún más fuertemente ionizados, especialmente argón ionizado cinco veces —lo que significa átomos de argón que han perdido cinco de sus 18 electrones—. Tales iones requieren fotones altamente energéticos para formarse, y esos fotones tienen que provenir de alguna parte.

«Para crear estos iones que observamos en los restos, estaba claro que tenía que haber una fuente de radiación de alta energía en el centro del remanente de SN 1987A», dijo Fransson. «En el artículo discutimos diferentes posibilidades, encontrando que solo unos pocos escenarios son probables, y todos estos implican una estrella de neutrones recién nacida».

Se planean más observaciones este año, tanto con Webb como con telescopios terrestres. El equipo de investigación espera que el estudio continuo proporcione más claridad sobre lo que está sucediendo exactamente en el corazón del remanente de SN 1987A. Estas observaciones esperan estimular el desarrollo de modelos más detallados, permitiendo a los astrónomos comprender mejor no solo SN 1987A, sino todas las supernovas por colapso del núcleo.

Fuente: Webb. Edición: MP.

Webb descubre evidencia de una estrella de neutrones en el centro de un joven remanente de supernova