La Universitat i el NRAO de Virginia radiografien en 3D el nucli d'una supernova

Astrònoms de la Universitat de València i del National Radie Astronomy Observatory (NRAO-Virginia, EUA) han determinat l'estructura 3D de l'emissió molecular d'una supernova. Açò significa que han pogut observar en tres dimensions les restes de l'estel després de la seua explosió, cosa que no havia sigut possible fins ara. Els resultats d'aquesta recerca han sigut publicats en la revista The Astrophysical Journal Letters.

Les supernoves —com es coneix al final explosiu de la curta però fulgurant vida dels estels massius— són un dels fenòmens més espectaculars de l'Univers. Encara que corresponen a la mort d'un estel, les supernoves també provoquen el naixement de nous elements i la formació de molècules que abunden en el cosmos.

Entre les restes d'un estel que va explotar al febrer de 1987 es troba un dens grapat de molècules i pols formada després del refredament de la mateixa. Un grup d'astrònoms va contemplar aquest fenomen en la Supernova 1987A situada en el Gran Núvol de Magallanes, una diminuta galàxia situada en la perifèria de la Via Làctia, a uns 163.000 anys llum de la Terra.

Durant els 30 anys següents, les observacions del romanent d'aqueixa explosió han revelat detalls fins aleshores desconeguts de la mort dels estels, i han mostrat com els àtoms que allí es formaven (carboni, oxigen i nitrogen, entre altres) acabaven vessats en l'espai, formant noves molècules i grans de pols. Aquestes partícules microscòpiques ben podien, algun dia, donar origen a noves generacions d'estels i planetes.

Els astrònoms de la Universitat de València Fran Abellán i Jon Marcaide, al costat de Rémy Indebetouw, de la Universitat de Virgínia i del NRAO, en col·laboració amb científics de diferents països, han utilitzat ara el radiotelescopi ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) per a estudiar el centre de la SN1987A. La capacitat d'ALMA per a observar detalls increïblement diminuts ha permès als investigadors generar una impressionant imatge tridimensional de molècules recentment formades dins del romanent de supernova. Els resultats d'aquesta recerca apareixen en la revista The Astrophysical Journal Letters.

El mapatge de les noves molècules i la captació de la imatge en 3D d'alta resolució d'aquesta “fàbrica de pols” permeten entendre millor la relació entre el romanent d'aquesta supernova i la seua galàxia amfitriona. “Per primera vegada hem observat que les explosions de supernova són capaces de crear immenses quantitats de pols i molècules que són alliberades al mitjà interestel·lar. A causa d'açò, i a pesar que les supernoves són fenòmens relativament poc freqüents en el nostre veïnatge còsmic, avui dia sabem que l'aspecte i la composició de les galàxies vénen determinats en gran manera per les supernoves que han ocorregut en elles”, explica Fran Abellán (Dep. Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València), primer signant de l'article. “A més, supernoves com SN 1987A poden colpejar i calfar el gas que les envolta desencadenant la creació de nous estels i fins i tot planetes, que serien rics en elements com ara carboni, oxigen i silici, components indispensables per a la vida tal com la coneixem”, conclou.

Rémy Indebetouw, per la seua banda, afirma que “quan la supernova va explotar, fa ja més de 30 anys, els astrònoms sabien molt menys sobre com aquests fenòmens alteren l'espai interestel·lar i com els enderrocs calents i brillants d'un estel que va explotar acaben refredant-se i forjant noves molècules. Gràcies a ALMA, finalment podem veure com es forma la ‘pols estel·lar’ freda i entendre millor l'estel original i la manera en què les supernoves creen els components bàsics dels planetes”.

Supernova: de la mort d'un estel al naixement de la pols

Abans de les observacions actuals de SN 1987A, eren poques les conclusions que es podien traure d'aquests fenòmens còsmics explosius. Se sabia amb certesa que els estels massius (d'aproximadament 10 vegades la massa del nostre Sol) s'extingien de manera bastant espectacular. Quan aquests estels esgoten el seu combustible, no queda calor ni energia suficients per a lluitar contra la força de gravetat, i les zones externes de l'estel, sostingudes fins aleshores pel poder de la fusió, fan implosió amb tremenda força. L'efecte de rebot d'aquest col·lapse provoca una explosió que acomiada material cap a l'espai.

Les supernoves són bastant comunes en l'univers observable. No obstant açò, com apareixen una vegada cada 50 anys en galàxies de la grandària de la Via Làctia, els astrònoms tenen poques oportunitats d'estudiar-les des de la seua detonació fins al moment en què es refreden i formen noves molècules. Encara que en estricte rigor no es troba en la nostra galàxia, SN 1987A està prou prop de nosaltres com perquè ALMA i altres telescopis puguen estudiar-la detalladament.

Producció d'una imatge en 3D de SN 1987A amb ALMA

Els científics han observat la SN 1987A durant dècades amb l'ajuda d'observatoris radioastronòmics, òptics i fins i tot de rajos X, però sempre han tingut dificultats per a analitzar el seu centre a causa de la presència de pols romanent al seu al voltant. La capacitat d'ALMA per a captar longituds d'ona mil·limètriques ha permès observar a través de la pols i del gas, i analitzar l'abundància i la ubicació de molècules recentment formades, especialment de monòxid de silici (SiO) i monòxid de carboni (CO), que brillen amb més força en l'espectre submilimétrico que ALMA observa.

A més de produir la primera imatge tridimensional de SN 1987A, ALMA ha revelat detalls fascinants sobre com les condicions físiques han canviat amb el temps i continuen canviant. Aquestes observacions també proporcionen informació sobre les inestabilitats físiques de la supernova.

Noves troballes en SN 1987A

Les observacions realitzades anteriorment amb ALMA havien revelat que SN 1987A va produir una enorme quantitat de pols. Les noves observacions aporten més detalls tant sobre la forma en què la supernova va generar tota aqueixa pols com sobre l'emissió molecular de SiO i CO.

“Els resultats que hem obtingut –comenta el catedràtic d'Astronomia i Astrofísica Jon Marcaide– ens donen informació sobre la forma de l'explosió, i ens la donen d'una manera inesperada mitjançant l'emissió de molècules que s'han format en els últims vint-i-cinc anys i que fins fa poc no teníem ni sospita que es pogueren formar. Fa cinc anys, quan vam fer la proposta que ens va encaminar cap a aquests descobriments, no teníem ni idea que podríem detectar l'emissió molecular, ni que aquesta anava a ser tan forta, i moltíssim menys que poguérem fer tomografia i determinar l'estructura tridimensional d’allò que està envoltant el forat negre o l'estel de neutrons”, prossegueix. “El que és curiós és que, una vegada succeeix alguna cosa extraordinària, ens acostumem immediatament i perdem fins a la capacitat de sorpresa”, conclou Marcaide.

Nous interrogants i recerques futures

Si bé les noves observacions d'ALMA han revelat dades importants sobre SN 1987A, queden moltes preguntes per respondre, com per exemple: queden altres molècules per descobrir? Com seguirà evolucionant l'estructura tridimensional de SN 1987A amb el temps?

Les futures observacions d'ALMA en diferents longituds d'ona també podrien ajudar a determinar quin tipus d'objecte compacte habita en el seu centre: si un púlsar o un estel de neutrons. Encara que s'ha predit la presència d'un objecte d'aquest tipus a l'interior de SN 1987A, encara no s'han detectat els senyals necessaris per a confirmar-la.

Informació addicional

Aquesta recerca es va presentar en dos articles. El primer, titulat “Very deep inside the SN 1987 A core ejecta: Molecular structures seen in 3D”, de F. J. Abellán et al., apareix publicat en The Astrophysical Journal Letters. D'altra banda, “ALMA spectral survey of supernova 1987A—molecular inventory, chemistry, dynamics an explosive nucleosynthesis” serà publicat en breu en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.