Elementos radiactivos en Cassiopeia A sugieren una explosión producida por neutrinos

Las distribuciones observadas de titanio radiactivo (azul) y hierro (blanco) en Cassiopeia A. El hierro visible es principalmente producto de la desintegración de níquel radiactivo. La cruz amarilla marca el centro geométrico de la explosión, la cruz blanca y la flecha indican la posición actual y dirección de movimiento de la estrella de neutrones. Crédito: Macmillan Publishers Ltd: Nature; de Grefenstette et al., Nature 506, 339 (2014); distribución de Fe cortesía de U.~Hwang.

Las estrellas que explotan como supernovas son las fuentes principales de los elementos químicos pesados del Universo. En particular, los núcleos atómicos radiactivos son sintetizados en las regiones calientes más interiores durante la explosión y pueden, por tanto, servir para estudiar los procesos físicos inobservables que inician el estallido.


Utilizando elaboradas simulaciones de computadora, un equipo de investigadores del Max Planck Institute for Astrophysics (Alemania) y de RIKEN en Japón han sido capaces de explicar las distribuciones espaciales medidas recientemente de titanio y níquel radiactivos en Cassiopeia A, el resto gaseoso de una supernova cercana, de unos 340 años de edad. Los modelos de computadora apoyan la idea teórica de que estos episodios de muerte estelar pueden ser iniciados y alimentados por neutrinos que escapan de la estrella de neutrones que queda en el lugar de origen de la explosión.

Las estrellas masivas acaban sus vidas en explosiones gigantescas llamadas supernovas. Durante millones de años de evolución estable, estas estrellas han construido un núcleo central constituido principalmente de hierro. Cuando el núcleo alcanza 1.5 veces la masa del Sol, colapsa bajo la influencia de su propia gravedad y forma una estrella de neutrones. En este episodio catastrófico se emiten enormes cantidades de energía principalmente por la emisión de neutrinos. Estas partículas elementales casi sin masa son creadas en abundancia en el interior de la estrella de neutrones recién nacida, donde la densidad es mayor que en el núcleo atómico y la temperatura puede alcanzar los 500 mil millones de grados.

Los procesos físicos que inician la explosión han sido un rompecabezas sin resolver durante más de 50 años. Uno de los mecanismos teóricos propuestos se basa en neutrinos. Cuando los neutrinos escapan del interior caliente de la estrella de neutrones, una pequeña fracción de ellos es absorbida en el gas de los alrededores. Este calentamiento provoca movimientos violentos en el gas, parecidos a los del agua hirviendo en una olla. Cuando el burbujeo del gas se hace suficientemente intenso, se inicia la explosión de supernova, como si la tapa de la olla saliera disparada. Las capas exteriores de la estrella agonizante son entonces expulsadas al espacio circunestelar, y con ellas todos los elementos químicos que la estrella ha cocinado durante su vida. Pero en el material caliente expulsado también se forman elementos nuevos, entre ellos, especies radiactivas como titanio y níquel que se desintegran en calcio y hierro, respectivamente.

Las nuevas observaciones de Cassiopeia A podrían ahora confirmar este escenario ya que las distribuciones espaciales de titanio y hierro predichas por el modelo teórico se parecen a las observadas. “Esta capacidad de reproducir propiedades básicas de las observaciones confirma impresionantemente que Cassiopeia A puede ser el resto de una supernova debida a neutrinos con sus violentos movimientos en el gas alrededor de la estrella de neutrones naciente”, explica H.-Thomas Janka (MPA).https://observatori.uv.es