Ya había muchos indicios de que el remanente de la supernova SN 1987A era una estrella de neutrones; como la detección de neutrinos, que la progenitora tenía una masa entre 16 y 22 M⊙ (masas solares), ∼14 M⊙ en el momento de la explosión, con un núcleo de hierro de menos de ∼2 M⊙, y que las observaciones de INTEGRAL, ALMA y ATCA apuntaban a un púlsar. La observación directa de dicha estrella de neutrones es imposible, pero se requieren evidencias. Se publican en Science gracias a los instrumentos MIRI/MRS y NIRSpec/IFU del telescopio espacial JWST. Se han observado líneas de emisión a 4.5293 ± 0.0003 μm (NIRSpec) y de 6.98606 ± 0,00003 μm (MRS), que se interpretan como líneas prohibidas de argón ionizado, [Ar VI] a 4.52922 μm y [Ar II] a 6.985274 μm (la línea [Ar II] ya fue observada en 2016 con Spitzer). También se han observado dos líneas del azufre, [S IV] a 10.51 μm y [S III] a 18.71 μm. La velocidad relativa de la fuente de estas emisiones respecto a SN 1987A apunta a que su origen es el centro del remanente (en lugar del anillo ecuatorial que lo envuelve, que ya existía antes de la explosión). Se interpreta el nuevo resultado como la primera evidencia de que el remanente es una estrella de neutrones.
La forma asimétrica de las líneas de emisión observadas ([Ar II], [Ar VI], [S III] y [S IV]) ha sido ajustada por un modelo teórico de fotoionización. Se han descartado cinco alternativas a una estrella de neutrones (incluyendo la posibilidad de que sea un agujero negro de baja masa). La interpretación de la fuente como una estrella de neutrones, por desgracia, no permite caracterizar sus propiedades; se ignora si es un púlsar (que tendría que emitir pulsos en una dirección no observable desde la Tierra) o una estrella de neutrones fría (que podría rotar de forma lenta y tener cambios magnéticos débiles). El punto clave es que los modelos teóricos de fotoionización usados para ajustar la forma asimétrica de las líneas espectrales son incapaces de seleccionar entre ambas posibilidades.
Como siempre, cuidado con el sesgo de confirmación, pues no se ha observado de forma directa la estrella de neutrones. Se ha realizado una interpretación teórica de datos observacionales indirectos, con lo que el resultado deberá ser ratificado por estudios teóricos independientes. Aún así, si anda como un pato, y tiene pico y plumas como un pato, será un pato. El artículo es C. Fransson, M. J. Barlow, …, B. Vandenbussche, «Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A,» Science 383: 898-903 (23 Feb 2024), doi: https://doi.org/10.1126/science.adj5796; más información divulgativa en Antonio Martínez Ron, «El telescopio James Webb resuelve un viejo misterio cósmico: hallan la estrella de neutrones que dejó la supernova 1987A», elDiario.es, 22 feb 2024; Enrique Sacristán, «Detectada una estrella de neutrones en los restos de la supernova más estudiada de la historia», Agencia SINC, 22 Feb 2024.
Un buen resumen de lo que sabía sobre el remanente es Richard McCray, Claes Fransson, «The Remnant of Supernova 1987A,» Annual Review of Astronomy and Astrophysics 54: 19-52 (2016), doi: https://doi.org/10.1146/annurev-astro-082615-105405. En este blog también puedes leer «Un púlsar podría ser la solución al misterio del remanente de la supernova 1987A», LCMF, 01 dic 2014; «INTEGRAL detecta titanio-44 en el remanente de la supernova 1987A formado durante la explosión», LCMF, 19 oct 2012; «El misterio del remanente de la supernova SN 1987A: quizás es una estrella de quarks», LCMF, 29 mar 2009; también te recomiendo «La evolución de la supernova 1987A desde 1994 a 2006 filmada por el telescopio espacial Hubble», LCMF, 12 sep 2010; «La supernova SN 1987A y el nacimiento de la astronomía de neutrinos hace 25 años», LCMF, 28 feb 2012.
El 23 de febrero de 1987 se observó la supernova 1987A en la Gran Nube de Magallanes. La única observable a simple vista en los últimos 400 años, que tuvo como progenitora a una estrella supergigante azul. En las imágenes ópticas (como esta del telescopio espacial Hubble) se observa un anillo ecuatorial exterior decorado con un rosario de puntos brillantes, que se cree que se originó unos veinte mil años antes de la explosión. La eyección de la supernova se encuentra en el interior de dicho anillo, con el objeto compacto remanente en su centro. Aunque todo apuntaba a que era una estrella de neutrones, no se podía descartar del todo que fuera un agujero negro (en cuyo caso la emisión de neutrinos sería durante el periodo transitorio de colapso del núcleo de la estrella que pasó por una fase de estrella de neutrones hasta acabar como un agujero negro).
El telescopio espacial JWST observó a SN 1987A el 16 de julio de 2022. Su resolución espacial y espectral no es suficiente para resolver el remanente compacto, ni siquiera si la emisión observada está asociada a dicho remanente. Para realizar dicha inferencia hay que usar un modelo teórico y simulaciones por ordenador. La línea de emisión del argón [Ar II] en las imágenes de MIRI/MRS muestra un perfil asimétrico, resultado de la suma de dos componentes, una estrecha y otra ancha; gracias a ello se puede determinar la velocidad relativa del material emisor respecto al sistema en reposo de SN 1987A. El valor obtenido está desplazado al azul menos de −12.2 ± 1.6 km/s (respecto al desplazamiento al rojo de +286.5 km/s de SN 1987A). El mismo procedimiento se puede realizar para la línea [Ar VI] en la imagen de NIRSpec/IFU, aunque es mucho más ancha; para las otras líneas observadas no es posible realizarlo.
Las observaciones de JWST se han interpretado ajustando un modelo teórico de fotoionización a las líneas espectrales observadas ([Ar II] y [Ar VI]). El análisis realizado es bastante completo y mis conocimientos de los detalles técnicos son insuficientes para poder evaluarlo con rigor. Sin embargo, me gustaría dejar muy claro que se trata de una interpretación teórica de la posible fuente de estas emisiones que depende de muchas suposiciones sobre cómo interacciona una estrella de neutrones con el material expulsado durante la explosión de supernova. Hay muchas hipótesis inciertas en el modelo teórico sobre la densidad, la abundancia de elementos y las propiedades del polvo circundante. Además, hay muchos detalles que el modelo no es capaz de explicar. Por ello, creo que debemos tomar el resultado con un pizca de sal. Todo apunta a que se trata de una estrella de neutrones, pero habrá que esperar a futuros estudios para estar por completo seguro de que así es.
Homa Francis.
Lo mas interesante me resulto que detectaran neutrinos 2 horas antes de la deteccion en el visible de la supernova.
Y eso hace ya 37 años.
Saludos.
Alejol9, la razón es que los neutrinos atraviesan la materia eyectada como si no estuviera, pero los fotones interaccionan con ella.
Francis, que te parece esta medida de la fuerza gravitacional en el rango de attoNewtons?
https://arxiv.org/abs/2303.03545
Alejol9, me parece un experimento criogénico interesante, pero está muy alejado del régimen cuántico. La fuerza gravitacional entre una masa de 2.4 kg y una masa de prueba de 0.43 mg es de 1030 aN (~1 fN). Para alcanzar la escala de los attonewtons, se usa el truco de poner a oscilar la masa de prueba (que levita en un campo magnético), lo que permite medir una fuerza gravitacional efectiva de 30 aN a 27 Hz a unos 50 mK. Como es obvio, se trata de una medida en el régimen de gravitación clásica. Los autores proponen repetir el experimento en el futuro para una masa de prueba de unos 0.02 mg (la masa de Planck), pero en dicho caso seguirá siendo un experimento de gravitación clásica. Los efectos gravitacionales cuánticos aparecen en la escala de Planck para partículas fundamentales; un objeto de 0.02 mg (o menos) es clásico. Por cierto, el artículo se ha publicado en al revista open access Science Advances (https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk2949).
Hola Francis.
Si, el experimento es clasico.
Me parecio interesante como tal vez una alternativa para deteccion de ondas gravitatorias.
Alejol9, la detección de ondas gravitacionales con esta configuración (masas extremadamente pequeñas, que se mueven a velocidades extremadamente pequeñas y que están separadas por distancias virtualmente infinitas respecto a sus radios de Schwarzschild) es imposible. Sencilla y llanamente imposible.
Como información complementaria, la semana pasada se publicó en arxiv «Observaciones del generador de imágenes MIRI del JWST de la supernova SN 1987A» (JWST MIRI Imager Observations of Supernova SN 1987A) firmado por P. Bouchet et. al.
Notar que Bouchet es también es uno de los firmantes del artículo de Science «Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A» que origina este post de La Mula Francis.
El abstract del artículo de arxiv acaba diciendo: «Finally, while sub-mm Atacama Large Millimeter Array (ALMA) observations have hinted at the location of the compact remnant of SN 1987A, we note that our MIRI data have found no such evidence» (Finalmente, si bien las observaciones sub-mm del Atacama Large Millimeter Array (ALMA) han insinuado la ubicación del remanente compacto de SN 1987A, puntualizamos que nuestros datos de MIRI no han encontrado tal evidencia). El enlace es:
https://arxiv.org/abs/2402.14014
Como bien dice Francis en el último párrafo «…hay muchos detalles que el modelo no es capaz de explicar. Por ello, creo que debemos tomar el resultado con un pizca de sal. Todo apunta a que se trata de una estrella de neutrones, pero habrá que esperar a futuros estudios para estar por completo seguro de que así es.»
Saludos.
Albert, no se puede concluir que la ausencia de evidencia sea evidencia de la ausencia. Como es obvio, dada su resolución angular, es imposible observar el remanente con JWST.
Qué contento se va a poner [Ángel] 😉
Francis, en un documental explicaban que los neutrinos son determinantes en el estallido de una estrella, que sin su participación no sería posible . Qué tan cierto es ?
Antonio, tu pregunta es difícil de contestar para mi. En una explosión de supernova colapsa el núcleo y se expulsan las capas externas. En ambos procesos, los neutrinos tienen un papel relevante, pues extraen energía del núcleo que impulsa a las capas externas. Si no existieran los neutrinos, la explosión de supernova sería muy diferente, pero no sé si lo suficiente como para que no fuera posible la explosión. La conservación el impulso durante el colapso del núcleo seguiría expulsando las capas externas hacia fuera. Pero sin un mecanismo de transferencia de energía entre núcleo y capas externas la explosión sería mucho menos «explosiva».
Muchas gracias por el artículo Francis, disfruto mucho leyendo artículos de ciencia en general y astronomía / astrofísica y demás astros… en particular. Me sorprende gratamente como periódicamente, con mucho trabajo y esfuerzo, la gente al frente de la ciencia descubre cada vez con más detalle como funciona nuestro Universo, y aún así, ¡cuanto queda por aprender y descubrir!.
Es una pena que en mi país (Argentina) la ciencia está infravalorada por nuestro gobierno.
Buenos cielos!.
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