Por primera vez, los astrónomos han identificado positivamente un sistema binario que algún día terminará como una kilonova, el resultado explosivo de la colisión de una estrella de neutrones.
E, irónicamente, el ingrediente clave de este destino final es un par de supernovas fallidas y desvanecidas. Se cree que este fenómeno es tan raro que solo hay unos 10 sistemas binarios de este tipo en toda la Vía Láctea. Un estudio más detallado de este sistema debería ayudar a los científicos a comprender cómo evolucionan estos eventos locos.
“Durante bastante tiempo, los astrónomos especularon sobre las condiciones exactas que eventualmente podrían conducir a una kilonova”. dice el astrónomo André-Nicolas Chené de NOIRLab.
“Estos nuevos resultados demuestran que, al menos en algunos casos, dos estrellas de neutrones hermanas pueden fusionarse cuando una de ellas se creó sin una explosión de supernova clásica”.
Las colisiones de estrellas de neutrones son raras, pero juegan un papel importante en la siembra del Universo con elementos pesados como el oro, el platino y el uranio. Estos elementos no se pueden crear dentro de los núcleos estelares; la energía requerida para la nucleosíntesis estelar de elementos más pesados que el hierro es mayor que la energía que produce esta nucleosíntesis, lo que resulta en un final complicado para la estrella.
En cambio, estos elementos se forman en eventos energéticos, como las kilonovas: tenemos evidencia de esto en GW170817, la histórica colisión de estrellas de neutrones observada por telescopios de todo el mundo. Pero estos eventos son raros y, por lo tanto, bastante misteriosos. Solo hemos visto unas pocas fusiones de estrellas de neutrones, y nunca antes encontramos un sistema destinado a convertirse en uno.
Ingrese a un sistema binario llamado CPD-29 2176, que consiste en una estrella de neutrones y un tipo de estrella azul masiva llamada ser estrella
a menudo también aparecen en sistemas binarios con estrellas de neutronesemitiendo rayos X cuando la estrella de neutrones atraviesa el disco que rodea a la estrella Be.
Cuando se observó un destello brillante de rayos X desde la misma parte del cielo que la estrella Be en CPD-29 2176, los astrónomos Noel Richardson y Clarissa Pavao de la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle observaron más de cerca y finalmente identificaron una porción de luz que no era emitida por la estrella Be. Esa fue la estrella de neutrones.
También pudieron calcular la órbita del binario. Y aquí es donde las cosas se pusieron interesantes. Porque esa órbita era inusualmente circular, a diferencia de las órbitas más elípticas que se suelen ver en estos binarios.
Esta fue la prueba irrefutable que llevó a los investigadores a concluir que la estrella de neutrones nació en una supernova “falsa”, también conocida como supernova ultradespojada.
Por lo general, cuando una estrella masiva se convierte en supernova, expulsa su material exterior en una explosión espectacular, mientras que el núcleo restante colapsa en una estrella de neutrones, un objeto ultradenso de aproximadamente 2,4 veces la masa del Sol, empaquetado en una esfera apenas 20 kilómetros (12 millas) de ancho.
En una supernova ultradespojada, no queda suficiente material exterior para explotar en el espacio. En cambio, el núcleo colapsa con poca fanfarria. Este parece haber sido el caso con CPD-29 2176.
“La estrella estaba tan agotada que la explosión ni siquiera tuvo suficiente energía para impulsar la órbita a la forma elíptica más típica que se ve en binarias similares”. dice Richardson.
Entonces, ¿a dónde fue a parar todo ese material? Cuando la estrella de neutrones llegó al final de su vida, se hinchó, poniendo su envoltura exterior dentro del alcance gravitatorio de la estrella Be, que la absorbió. Cuando la estrella colapsó en una estrella de neutrones, se había despojado completamente, privándola del material que de otro modo habría generado fuegos artificiales de supernova.
Eventualmente, la estrella Be también terminará su vida como una estrella de neutrones, lo que resultará en una estrella de neutrones binaria en la órbita en descomposición que algún día producirá una colisión de estrellas de neutrones, las dos se fusionarán para producir una estrella de neutrones más grande o un agujero negro. .
“La estrella de neutrones actual tendría que formarse sin expulsar a su compañera del sistema. Una supernova ultradesnuda es la mejor explicación de por qué estas estrellas compañeras están en una órbita tan estrecha”. richardson dice.
“Para crear un día una kilonova, la otra estrella también tendría que explotar como una supernova ultra-desnuda para que las dos estrellas de neutrones puedan colisionar y fusionarse”.
Sin embargo, ese día está muy lejos. A la estrella Be todavía le quedan al menos un millón de años antes de su inevitable transformación. Y la lenta inspiración para la eventual fusión podría requerir millones más. Pero, con la identificación de CPD-29 2176, los astrónomos tienen una nueva pieza del rompecabezas que podría ayudar a identificar otros sistemas similares entre los miles de millones de estrellas en la Vía Láctea.
“Este sistema revela que algunas estrellas de neutrones se forman con solo una pequeña supernova”. richardson dice.
“A medida que comprendamos la creciente población de sistemas como CPD-29 2176, obtendremos una idea de cuán tranquilas pueden ser algunas muertes estelares y si estas estrellas pueden morir sin las supernovas tradicionales”.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.