Madrid Deep Space Communications Complex

El hallazgo proporciona una visión crucial de la naturaleza binaria de las estrellas masivas, así como la posible precuela de la fusión final de las estrellas compañeras que sacudirían el universo con ondas gravitacionales, ondas en el tejido del propio espacio-tiempo.

Los astrónomos detectan la firma de varios elementos en las explosiones de supernovas. Estos elementos están dispuestos en capas. El hidrógeno se encuentra en la capa más externa de una estrella, y si no se detecta hidrógeno después de la supernova, significa que se eliminó antes de que ocurriera la explosión.

La causa de la pérdida de hidrógeno ha supuesto un misterio, y los astrónomos han estado usando el Hubble para buscar pistas y probar teorías que explicasen esta ausencia. Las nuevas observaciones del Hubble brindan la mejor evidencia hasta la fecha para respaldar la teoría de que una estrella compañera no percibida es la que extrae la envoltura de gas de su estrella compañera antes de que explote.

“Este era el momento que habíamos estado esperando, ver finalmente la evidencia de un sistema binario progenitor de una supernova completamente desnuda”, dijo el astrónomo Ori Fox del Space Telescope Science Institute en Baltimore, Maryland, e investigador principal del programa de investigación Hubble. “El objetivo es mover este área de estudio de la teoría al trabajo con datos y observar a qué se parecen realmente estos sistemas”.

El equipo de Fox usó la Wide Field Camera 3 del Hubble para estudiar la región de la supernova (SN) 2013ge en luz ultravioleta, así como las observaciones anteriores del Hubble en el Archivo Barbara A. Mikulski para Telescopios Espaciales. Los astrónomos vieron que la luz de la supernova se desvanecía con el tiempo desde 2016 hasta 2020, pero otra fuente cercana de luz ultravioleta en la misma posición mantuvo su brillo. Esta fuente subyacente de emisión ultravioleta es lo que el equipo propone como la compañera binaria superviviente de SN 2013ge.

Previamente, los científicos sostenían la teoría de que los fuertes vientos de una estrella progenitora masiva podrían arrasar la envoltura de hidrógeno, pero la evidencia observacional no lo respaldó. Para explicar la desconexión, los astrónomos desarrollaron teorías y modelos en los que una compañera binaria extrajera el hidrógeno.

“En los últimos años, muchas líneas de investigación diferentes indicaban que era probable que las supernovas desnudas se hubieran formado en sistemas binarios, pero aún teníamos que ver a la compañera. Gran parte del estudio de las explosiones cósmicas es como la ciencia forense: buscar pistas y ver qué teorías coinciden. Gracias al Hubble, podemos verlo directamente”, dijo Maria Drout de la Universidad de Toronto, miembro del equipo de investigación del Hubble.

En observaciones anteriores de SN 2013ge, el Hubble detectó dos picos en luz ultravioleta, en lugar del único que normalmente se aprecia en la mayoría de las supernovas. Fox dijo que una explicación para este doble brillo era que el segundo pico muestra cuándo la onda de choque de la supernova golpeó a una estrella compañera, una posibilidad que ahora parece mucho más probable. Las últimas observaciones del Hubble indican que, si bien la estrella compañera fue golpeada significativamente, incluido el hidrógeno que había desviado de su pareja, no fue destruida. Fox compara el efecto con el de un tarro de mermelada que se agite; posteriormente el contenido volverá a su forma original.

Aunque es necesario encontrar una confirmación adicional y descubrimientos similares de apoyo, Fox dijo que las implicaciones del descubrimiento siguen siendo sustanciales y respaldan las teorías de que la mayoría de las estrellas masivas se forman y evolucionan como sistemas binarios.

A diferencia de las supernovas que tienen una capa hinchada de gas para encenderse, los progenitores de las supernovas sin capa exterior de hidrógeno, han resultado difíciles de identificar en las imágenes previas a la explosión. Ahora que los astrónomos han tenido la suerte de identificar la estrella compañera superviviente, pueden usarla para determinar las características de la estrella que explotó, así como la oportunidad sin precedentes de ver cómo se desarrollan las consecuencias en la superviviente.

Como estrella masiva en sí misma, la compañera de SN 2013ge también está destinada a desencadenar en una supernova. Es probable que su antigua compañera sea ahora un objeto compacto, como una estrella de neutrones o un agujero negro, y la superviviente es probable que también siga ese camino.

La cercanía inicial de las estrellas compañeras determinará si permanecen juntas. Si la distancia es demasiado grande, la estrella compañera será expulsada del sistema para vagar sola por nuestra galaxia, un destino que podría explicar muchas supernovas aparentemente solitarias.

Sin embargo, si las estrellas estaban lo suficientemente cerca una de otra antes de la supernova, seguirán orbitando entre sí como agujeros negros o estrellas de neutrones. En ese caso, acabarán uniéndose en espiral y se fusionarán, creando ondas gravitacionales en el proceso.

Esa es una perspectiva emocionante para los astrónomos, ya que las ondas gravitacionales son una rama de la astrofísica que apenas ha comenzado a explorarse. Son ondas en el tejido del propio espacio-tiempo, predichas por Albert Einstein a principios del siglo XX. Las ondas gravitacionales fueron observadas directamente, por primera vez, por el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

“Con la compañera superviviente de SN 2013ge, podríamos estar viendo la precuela de un evento de ondas gravitacionales, aunque tal evento será alrededor de mil millones de años en el futuro”, dijo Fox.

Fox y sus colaboradores trabajarán con el Hubble para construir un catálogo más grande de estrellas supervivientes compañeras de otras supernovas.

“Existe un gran potencial más allá de la simple comprensión de la supernova en sí. Dado que ahora sabemos que la mayoría de las estrellas masivas del universo se forman en sistemas binarios, las observaciones de las estrellas compañeras supervivientes son necesarias para ayudar a comprender los detalles de la formación binaria, el intercambio de materiales y el co-desarrollo evolutivo. Es un momento emocionante para estudiar las estrellas “, dijo Fox.

“Comprender el ciclo de vida de las estrellas masivas es particularmente importante para nosotros, porque todos los elementos pesados ​​se forjan en sus núcleos y a través de sus supernovas. Esos elementos constituyen gran parte del universo observable, incluida la vida tal como la conocemos”, agregó el coautor Alex Filippenko, de la Universidad de California, en Berkeley.

Los resultados se publicaron en The Astrophysical Journal Letters.

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore, Maryland, realiza operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington D.C.

Noticia original (en inglés)