Una supernova brilló en el cielo nocturno hace 1.000 años. Ahora, los astrónomos encontraron los restos de su “estrella zombi”
(CNN) — Durante seis meses de 1181, una estrella moribunda dejó su huella en el cielo nocturno.
El llamativo objeto apareció tan brillante como Saturno en las proximidades de la constelación de Casiopea, y las crónicas históricas de China y Japón lo registraron como una “estrella invitada”.
Los astrónomos chinos utilizaban este término para designar un objeto temporal en el cielo, a menudo un cometa o, como en este caso, una supernova, una explosión cataclísmica de una estrella al final de su vida.
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El objeto, ahora conocido como SN 1181, es una de las pocas supernovas documentadas antes de la invención de los telescopios, y desconcertó a los astrónomos durante siglos.
Ahora, un nuevo estudio describió por primera vez SN 1181 en detalle mediante la creación de un modelo informático de la evolución de la supernova desde inmediatamente después de que apareciera el estallido inicial hasta la actualidad. El equipo de investigadores comparó el modelo con observaciones de archivo realizadas con telescopios de su nebulosa, la gigantesca nube de gas y polvo, visible hasta hoy, que es el remanente del monumental acontecimiento.
Según los investigadores, el análisis sugiere que SN 1181 pertenece a una rara clase de supernovas denominadas de tipo Iax, en las que el estallido termonuclear podría ser el resultado no de una, sino de dos enanas blancas que han colisionado violentamente pero no llegaron a detonar del todo, dejando tras de sí una “estrella zombi”.
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“Hay 20 o 30 candidatas a supernovas de tipo Iax”, afirma Takatoshi Ko, autor principal del estudio publicado el 5 de julio en The Astrophysical Journal. “Pero esta es la única que conocemos en nuestra propia galaxia”. Ko es estudiante de doctorado de astronomía en la Universidad de Tokio.
Y lo que es más, el estudio también descubrió que, inexplicablemente, el viento estelar de alta velocidad, detectado en estudios anteriores, empezó a soplar desde la superficie de la estrella zombi hace tan solo 20 años, lo que se suma al aura misteriosa de SN 1181. Según los expertos, desentrañar el mecanismo de esta supernova podría ayudar a los astrónomos a comprender mejor la vida y la muerte de las estrellas y su contribución a la formación de planetas.
Detonación fallida de una supernova
Los astrónomos tardaron 840 años en resolver el primer gran enigma de SN 1181: determinar su ubicación en la Vía Láctea. La estrella moribunda fue la última supernova pretelescópica sin un remanente confirmado, hasta que en 2021 Albert Zijlstra, profesor de astrofísica de la Universidad de Manchester, Inglaterra, la localizó en una nebulosa de la constelación de Casiopea.
La astrónoma aficionada Dana Patchick descubrió la nebulosa en 2013 al buscar en el archivo del Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE, por sus siglas en inglés) de la NASA. Pero Zijlstra, que no participó en el nuevo estudio, fue el primero en establecer la conexión con SN 1181.
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“Durante (el apogeo del) covid, tenía una tarde tranquila y estaba sentado en casa”, dijo Zijlstra. “Emparejé la supernova con la nebulosa utilizando registros de antiguos catálogos chinos. Creo que ahora se ha aceptado de forma general: mucha gente lo miró y coincidieron en que parece correcto. Este es el remanente de esa supernova”.
La nebulosa se encuentra a unos 7.000 años-luz de la Tierra, y en su centro hay un objeto del tamaño de la Tierra que gira rápidamente, llamado enana blanca, una estrella densa y muerta que ha agotado su combustible nuclear. Se trata de un rasgo poco habitual en un resto de supernova, ya que la explosión debería haber destruido la enana blanca.
Zijlstra y sus coautores escribieron un estudio sobre el descubrimiento en septiembre de 2021. El informe sugería que SN 1181 podría pertenecer a la esquiva categoría de supernovas de tipo Iax debido a la presencia de esta enana blanca “zombi”.
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En la supernova de tipo Ia, más común, una enana blanca que se forma cuando una estrella similar al Sol agotó su combustible comienza a acumular material de otra estrella cercana. Muchas estrellas existen en parejas, o en un sistema binario, a diferencia del Sol. La enana blanca acumula material hasta que colapsa bajo su propia gravedad, reavivando la fusión nuclear con una explosión masiva que crea uno de los objetos más brillantes del universo.
El Tipo Iax, más raro, es un escenario en el que esta explosión, por alguna razón, se detiene. “Una posibilidad es que el tipo Iax no sea tanto una explosión como una fusión de dos enanas blancas”, explica Zijlstra. “Las dos se juntan, chocan entre sí a toda velocidad, y eso puede generar mucha energía. Esa energía causa el brillo repentino de la supernova”.
Las observaciones de rayos X realizadas por el telescopio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea muestran la extensión de la nebulosa de la supernova —una enorme nube de gas y polvo— y el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA localiza su fuente central, una estrella enana blanca que curiosamente no contiene hidrógeno ni helio. (Crédito: NASA/CXC/ESA)
Esa colisión masiva podría explicar otro aspecto curioso de la estrella zombi SN 1181. No contiene hidrógeno ni helio, algo muy inusual en el espacio, según Zijlstra.
“Alrededor del 90% del universo está formado por hidrógeno y el resto es casi exclusivamente helio. Todo lo demás es bastante raro”, dijo. “Hay que buscar 10.000 átomos antes de encontrar uno que no sea hidrógeno o helio. Pero nuestra estrella (el Sol en el centro de nuestro sistema solar) solo tiene (principalmente) esos. Así que, claramente, algo extremo le ha ocurrido (a la estrella zombi)”.
Viento estelar inexplicable
Con el conocimiento de dónde buscar SN 1181 y la sugerencia de que podría tratarse de un remanente de tipo Iax, Ko y sus colegas se pusieron manos a la obra para desvelar sus secretos.
“Gracias al seguimiento preciso de la evolución temporal del remanente, pudimos obtener por primera vez propiedades detalladas de la explosión de SN 1181. Confirmamos que estas propiedades detalladas coinciden con las de una supernova de tipo Iax”, afirma Ko, quien añade que el modelo informático del estudio coincide con observaciones anteriores del remanente realizadas con telescopios como el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea y el Chandra X-ray Observatory de la NASA.
El análisis de Ko muestra que el remanente de SN 1181 está formado por dos regiones de choque distintas. Una exterior se formó cuando el material fue expulsado por la explosión de la supernova y se encontró con el espacio interestelar. La interior, más reciente, es más difícil de explicar.
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El estudio sugiere que esta región de choque interior podría ser una señal de que la estrella ha empezado a arder de nuevo, siglos después de la explosión, lo que ha llevado a un hallazgo sorprendente, añadió Ko: el viento estelar de alta velocidad parece haber empezado a soplar desde la superficie de la estrella hace solo 20 o 30 años.
Normalmente, esta rápida corriente de partículas que los astrónomos denominan viento estelar debería desprenderse de la enana blanca como subproducto del rápido giro de la estrella justo después de la explosión de la supernova.
“No entendemos del todo por qué la estrella volvió a encenderse y el viento estelar comenzó hace tan poco”, explica Ko. “Nuestra teoría es que la estrella volvió a encenderse porque SN 1181 fue una supernova de tipo Iax, que es una explosión incompleta. Como resultado, el material expulsado por la explosión no escapó completamente y permaneció dentro de la influencia gravitatoria de la enana blanca central. Con el tiempo, este material podría haberse acumulado en la enana blanca debido a su gravedad, causando su reignición”.
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Sin embargo, señaló Zijlstra, esa teoría contrasta con las observaciones que muestran que el brillo de la estrella se ha atenuado durante el último siglo.
“No está claro cómo se relaciona eso con el encendido del viento”, dijo. “Yo habría esperado que la estrella se hubiera iluminado en lugar de atenuarse”.
La supernova SN1181 apareció en el cielo nocturno en el año 1181 d.C., y su nebulosa continúa brillando. El Explorador Espacial de Infrarrojos de Campo Amplio de la NASA captura la nebulosa en luz infrarroja. (Crédito: NASA/JPL/Caltech)
Ko y sus colegas son conscientes de este problema.
Dijeron que creen que existe alguna relación entre el viento y el oscurecimiento, y que lo están investigando.
Los investigadores están preparando nuevas observaciones de SN 1181 con dos instrumentos que no han utilizado: el Very Large Array de radiotelescopios de Nuevo México y el telescopio Subaru de Hawai.
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Según Ko, estos estudios ayudarán a los científicos a conocer mejor todas las supernovas.
“Las supernovas de tipo Ia han sido cruciales para descubrir la expansión acelerada del universo”, afirmó. “Pero a pesar de su importancia, su mecanismo de explosión sigue siendo desconocido, lo que lo convierte en uno de los retos más importantes de la astronomía moderna”.
Al estudiar SN 1181 y su explosión incompleta, añadió, los científicos pueden comprender mejor el mecanismo de las supernovas de tipo Ia.
Una oportunidad única
Según Zijlstra, el estudio de objetos como SN 1181 representa una gran oportunidad, ya que son importantes para la formación de muchos de los elementos de los que también están hechos los seres humanos.
“Estos fenómenos tan energéticos pueden acumular elementos más pesados que el hierro, como las tierras raras”, explica. “Es muy valioso tener un ejemplo de un evento de este tipo de hace 1.000 años en el que aún podamos ver los materiales expulsados, y quizá en el futuro podamos ver exactamente qué elementos se crearon en el evento”.
Este conocimiento ayudaría a los científicos a comprender cómo se formó la Tierra y obtuvo estos elementos, añadió Zijlstra.
Históricamente, las observaciones antiguas de supernovas han sido de suma importancia para la astrofísica moderna, dijo Bradley Schaefer, profesor emérito de astrofísica y astronomía de la Universidad Estatal de Luisiana, que no participó en el último estudio.
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Schaefer añadió que SN 1181 representa una de las pocas conexiones fiables entre supernova y resto de supernova. El objeto es importante como único caso posible para obtener buenas observaciones del esquivo Tipo Iax.
“Se ha llegado a la conclusión de que las supernovas de tipo Iax constituyen aproximadamente el 20% de las supernovas de cualquier galaxia, incluida nuestra Vía Láctea, y podrían formar la mayor parte del misterioso polvo del Universo primitivo”, explicó Schaefer en un correo electrónico.
Añadió que, mientras vivamos, los astrofísicos no dispondrán de un mejor caso observado de un suceso de tipo Iax, por lo que los investigadores deberían esforzarse por comprender SN 1181.
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