Una estrella esclata en una supernova al empassar-se una estrella de neutrons o un forat negre

Clic per engrandir. Aquesta il·lustració ens mostra una estrella massiva a punt d'esclatar. L'explosió
es desencadenarà després que la seva companya; una estrella morta ( o un forat negre o una estrella
de neutrons) es capbussi en el nucli de la estrella. A l'entrar a les capes de l'estrella, l'estrella
compacta realitza una òrbita espiral, expulsant també una espiral de matèria  de l'atmosfera de la
estrella durant alguns segles. Quan colpeja el nucli de la estrella, el material del nucli cau
ràpidament sobre el cadàver estel·lar, el que condueix al llançament d'un parell de raigs a gairebé
la velocitat de la llum. Crèdit: Chuck Carter

Es té una mica la impressió que el relat de Ciència Ficció d'Isaac Asimov titulat "Super-Neutron",  es fa realitat amb la detecció de la font de ràdio VT 1210 + 4956. Seria el producte de l’explosió d’una supernova d’una estrella blava gegant desencadenada pel fet d’haver-se empassat una estrella de neutrons, o fins i tot un forat negre.

La majoria de les estrelles de la Via Làctia són estrelles dobles, algunes són triples o fins i tot quàdruples, com és el cas de la Zeta de la Ossa Major, tradicionalment anomenada Mizar. Els astrofísics moderns en saben la raó. Les estrelles neixen en núvols moleculars polsegosos que es fragmenten per col·lapse gravitacional, la qual cosa significa que un fragment es fragmenta, donant precisament amb més freqüència una estrella doble.

Succeeix que de fet, el sistema binari només està dèbilment vinculat i que, poc després del seu naixement, les dues estrelles es separen. Es creu que aquest podria haver estat el cas del Sol, que per tant tindria un germà bessó en algun lloc de la nostra galàxia, amb una edat i una composició química molt similars.

Sovint, en un sistema binari, una de les estrelles és més massiva que l’altra i evolucionarà més ràpidament fins al punt d’explotar de vegades en supernoves SN II, deixant enrere una estrella de neutrons i de vegades un forat negre. La segona estrella pot tenir la mateixa sort més endavant i se suposa que és per aquest motiu que hi ha sistemes binaris d’estrelles de neutrons i forats negres, sistemes el descobriment dels quals es fa especialment quan acaben entrant en xoc i després emeten copiosament ones gravitatòries que són detectats a la Terra per instruments com Virgo i Ligo.

Tampoc és estrany trobar una estrella en mode gegant vermella la matèria de la qual es trenca per les forces de marea gravitacionals d’un forat negre o una estrella de neutrons que després s’envolta d’un disc d’acreció que indiqui la presència de l’estrella compacta per una forta emissió de raigs X.

Clic per engrandir. Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Una
presentació del VLA. Crèdit: National Science Foundation

Radioastronomia, des de púlsars fins a objectes Thorne-Żytkow

A mitjans dels anys setanta, el futur premi Nobel de física  Kip Thorne  –un dels pioners de l’astrofísica relativista d’estrelles compactes– va publicar conjuntament amb la seva companya polonesa Anna Zytkow treballs que mostren el que també podria passar quan una estrella de neutrons o un forat negre en un sistema binari eren engolides per una gegant o supergegant vermella; el mateix fenomen es pot produir amb estrelles simples en col·lisió, però només en cúmuls estel·lars, on la densitat i, per tant, la probabilitat de col·lisió entre estrelles no és menyspreable com en el cas de les estrelles de la nostra Via Làctia. 

Una estrella de neutrons podria llavors caure en una espiral cap al cor de la gegant per formar un nou objecte que pot ser prou estable, després parlaríem d’un objecte de Thorne-Żytkow (TŻO o TZO). Pot evolucionar amb el pas del temps donant una estrella de neutrons envoltada d’un disc d’acreció o simplement col·lapsar donant un forat negre. Fins ara, dues estrelles eren candidates al títol d'objecte TZO però sense poder demostrar-ho realment.

Una variant d’aquest escenari, exposada en un article a Science, sembla que va ser identificada per un grup d’investigadors que va utilitzar les dades recopilades per primera vegada per la xarxa de radiotelescopis de Karl G. Jansky  Very Large Array (VLA). El 7 de setembre de 2017, el VLA va iniciar una campanya d’observacions a Nou Mèxic, destinada a cartografiar el 80% del cel en tres fases durant set anys, i hauria de catalogar uns 10 milions de fonts de radio. Per tant, és una de les observacions radioastronòmiques més grans de tot el cel durant 40 anys. Per cert, també és gràcies a la radioastronomia que hem demostrat l’existència d’estrelles de neutrons descobrint els primers púlsars a finals dels anys seixanta.

Clic per engrandir. Els residus en moviment ràpid d’una explosió de supernova provocats per
una col·lisió estel·lar s’estavellen contra el gas alliberat anteriorment que ha format una mena
de toroide, i les ones de xoc resultants allà provoquen una emissió de ràdio lluminosa vista
pel VLA. Crèdit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF.

El mateix any 2017, una font de ràdio VT 1210 + 4956 especialment brillant, que no es trobava en els catàlegs anteriors, es va fer evident ràpidament per als investigadors del cel de l’hemisferi nord observats amb el VLA com a part del treball Very Large Array Sky Survey (VLASS). Intrigats, també ho van mirar a la banda de longitud d’ona d’un telescopi aquesta vegada. Van concloure que es trobava a les afores d’una galàxia nana de formació d’estrelles i que es trobava a uns 480 milions d’anys llum de la Via Làctia. VT 1210 + 4956 s’associa clarament també a una font transitòria recent molt lluminosa en el camp dels raigs X.  

Ones de xoc que fan brillar un tor de gas

Combinant aquesta informació, va començar a sorgir una primera imatge, la de l'explosió d'una supernova l'ona de xoc de la qual va acabar unint-se i xocant amb una closca de matèria emesa per l'estrella mare de la supernova. L'anàlisi de les dades indica que l'estrella va expulsar el material de la closca fa uns 300 anys, formant més precisament un tor. Finalment, va ser la primera vegada que vam veure una associació d’una font de ràdio d’aquest tipus amb una emissió transitòria però intensa de raigs X.

Per tant, l’explicació més probable de totes aquestes observacions consisteix en un sistema binari amb estrelles massives, una de les quals ha evolucionat cap a una estrella de neutrons o un forat negre. Fa uns 300 anys, l'estrella compacta va començar a penetrar en les capes superiors de l'estrella acompanyant, una estrella blava que encara estava en la sessió principal i que estava destinada a explotar al seu torn en una supernova.

Encara en òrbita al voltant del centre de massa del sistema dins de la gegant blava i descendint en espiral cap al cor de l'estrella, l'estrella compacta va provocar una expulsió també en una espiral en el seu pla orbital d'una part de l'estrella. La matèria encara calenta es va expandir fora de l'estrella per formar un tor.

Un cop l'astre va compactar en el cor de l'estrella, es va envoltar amb un disc d'acreció i va produir, mentre començava com a resposta l'explosió de la supernova, dos raigs de matèria travessant l'estrella i acompanyats de l'emissió transitòria de raigs X. La supernova s'hauria produït a causa de la desestabilització del cor de la gegant blava a l'arribada de l'estrella compacta, el que hauria pertorbat les reaccions termonuclears que generaven l'explosió de la radiació que s'oposava a la gravetat de l'estrella i desencadenat el clàssic col·lapse gravitacional d'una supernova SN II.

Finalment, tal com s'ha explicat anteriorment, és l'ona de xoc de l'explosió que va acabar recuperant ràpidament el tor en expansió el que l'hauria fet brillar en el domini de ràdio. Tot aquest escenari es resumeix en el diagrama de 4 passos següent amb un forat negre com a estrella compacta.

Clic per engrandir. L'escenari en quatre passes que explica les observacions al voltant de la
font de ràdio VT 1210 + 4956. Crèdit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF 

 

Ho he vist aquí.