Los científicos llevan mucho tiempo trabajando duro para intentar determinar la mecánica que hay detrás del colapso repentino y la subsiguiente explosión de las estrellas masivas. Es algo que verdaderamente merece la pena conocer ya que las supernovas, además de ser uno de los fenómenos más poderosos que se dan en el Universo observable, son las creadoras de cada átomo de cada elemento químico que compone todo lo que nos rodea, e incluso a nosotros mismos.

Como recientemente dijo en una conferencia Robert Kirshner, del Harvard Smithsonian Center for Astrophysics: “las supernovas crean los elementos químicos, así que si compras un coche americano, no fue hecho en Detroit hace 2 años. Los átomos de hierro que hay en el acero de ese coche fueron fabricados por una antigua explosión de una supernova que tuvo lugar hace 5.000 millones de años. (…) Todos somos polvo de estrellas”.

Y es ahora, gracias a la misión NuSTAR (el Conjunto de Telescopios Espectroscópicos Nucleares) de la NASA, cuando tenemos las primeras pistas sólidas de lo que ocurre antes de que una estrella explote. Este dispositivo fue lanzado en junio de 2012 y ya está recopilando datos con los que se están realizando importantes descubrimientos.

La imagen muestra el remanente de la supernova Cassiopea A (o Cas A, para abreviar) con los datos de NuSTAR en azul y los del observatorio de Rayos X Chandra en rojo, verde y amarillo. Se trata de a onda de choque que queda tras la explosión de una estrella de unas 15 a 25 veces más masiva que nuestro sol, hace unos 11.330 años, más o menos y brillan en varias longitudes de onda de la luz dependiendo de las temperaturas y tipos de elementos presentes.

Las observaciones previas con Chandra, revelaron emisiones de rayos X de los depósitos y los filamentos de gas rico en hierro pero no podían hacer un estudio lo suficientemente detallado para obtener una mejor idea de cuál es la estructura en el interior. Así que hasta que el NuSTAR no puso su visión de rayos X en Cas A, no han podido encontrarse algunas piezas perdidas del puzle.

Y estas piezas están hechas de titanio 44, el isótopo radiactivo más estable del titanio.

Se han realizado muchos modelos, usando millones de horas de tiempo de un supercomputador, para intentar explicar el colapso del núcleo de las supernovas.

Uno de los mejores muestra la estrella rasgada por poderosos chorros disparados desde sus polos, algo que se ha asociado con las incluso más poderosas (pero concentrados) llamaradas de rayos gamma. Sin embargo, no parecía que los chorros fueran la causa de la detonación con Cas A, porque no muestra restos elementales en el interior de las estructuras de los chorros. Y además, los modelos que confían en los chorros como única causa, no siempre resultaban en una supernova “de libro”, que se volatilizara por completo.

Como resultado, la presencia de grumos asimétricos de titanio 44 dentro de los depósitos de gas de Cas A, revelados por NuSTAR con sus rayos X de alta energía, apuntan a la existencia de un proceso sorprendentemente diferente: se trata de un “chapoteo” del material dentro de la estrella que promueve una onda de choque que en última instancia la destroza.

Aquí se puede ver una animación sobre cómo se produce este proceso:

Ese chapoteo, que ocurre en un periodo de apenas un par de milisegundos (el parpadeo de un ojo), se asemeja al hervir del agua en un cazo. Cuando las burbujas irrumpen en la superficie, el vapor erupciona. En este caso concreto, la erupción conduce a la poderosísima detonación de una estrella entera, expandiendo una onda de choque de partículas de alta energía en el medio interestelar y dispersando una tabla periódica completa de elementos pesados en la galaxia.

En el caso de Cas A, el titanio 44 se eyectó en “grumos”, que repetían las formas asimétricas de los chapoteos originales. NuSTAR fue capaz de mapear y traducir a imágenes el titanio que brilla en rayos X debido a su radiactividad, y no porque se calentara al expandirse las ondas de choque, como ocurre en otros elementos más ligeros que se identificaron con Chandra.

Brian Grefenstette, astrónomo de Caltech, explicó que no habían podido observar realmente lo que ocurría en el núcleo de la explosión hasta que no dispusieron de NuSTAR. “Antes era difícil interpretar qué estaba ocurriendo en Cas A porque el material que podíamos ver sólo emite rayos X cuando se calienta. Ahora que podemos ver el material radiactivo que emite rayos X sin importar las condiciones, estamos consiguiendo una imagen más completa de lo que estaba sucediendo en el foco de la explosión”, añadió.

Y no es solamente el colapso del núcleo de las supernovas lo que el NuSTAR será capaz de investigar. Otros tipos de supernovas serán estudiados también. En el caso de SN2014J, un tipo Ia que fue localizada en enero en el M82 justo después de que ocurriera. “Sabemos que aquél es el tipo de enana blanca que luego explota”, dijo Fiona Harrison, investigadora principal del NuSTAR en una teleconferencia para Universe Today. “Son noticias muy interesantes. NuSTAR ha estado observando a SN2014J durante semanas y esperamos poder decir algo sobre aquella explosión también”.

Uno de los mayores descubrimientos del nuevo NuSTAR es la obtención de una nueva serie de restricciones o límites observados, para colocar en los futuros modelos de colapso de núcleos de supernovas, que nos van a ayudar a proporcionar respuestas –y seguramente nuevas preguntas- sobre cómo las estrellas explotan, incluso cientos o miles de años después de que lo hagan.

Los científicos también esperan que, al ser una ciencia pionera, la utilización del NuSTAR proporcione un abanico de nuevas preguntas que responder, tras los nuevos descubrimientos.

Más información en inglés en el comunicado de prensa del JPL y en la conferencia de prensa completa aquí.

Fuentes: NASA, JPL-CalTech, Universe Today