¿Qué pasa cuando dos estrellas muertas explotan? El Misterio de las Supernovas Tipo Ia

Datos del artículo científico:

• Título Original: “Type Ia Supernovae Can Arise from the Detonations of Both Stars in a Double Degenerate Binary”
• Autores: Samuel J. Boos, Dean M. Townsley, Ken J. Shen
• Fecha de publicación: 15 de Enero del 2024
• Estado del artículo: Enviado a “Astrophysical Journal” (ApJ)

¿Qué podría ser más espectacular que una estrella explotando en el vasto cosmos? La respuesta podría ser dos estrellas explotando casi simultáneamente, resultando en uno de los eventos más energéticos del Universo. Las supernovas tipo Ia, cruciales para nuestra comprensión del universo, han desconcertado a la comunidad científica durante años. Pero un nuevo estudio sugiere que la clave de estas explosiones estelares está en la doble detonación de enanas blancas ¡Descubre cómo este proceso podría resolver uno de los mayores misterios de la astrofísica contemporánea en este astrobito!

¿Qué es una supernova?

Las supernovas son explosiones estelares extremadamente poderosas que marcan el final de la vida de una estrella. Estas explosiones liberan una cantidad inmensa de energía, iluminando el cielo con un brillo que puede superar al de una galaxia entera por un breve período. Las supernovas desempeñan un papel crucial en la creación y distribución de elementos pesados por todo el universo, contribuyendo a la formación de nuevos sistemas estelares, planetas e incluso vida.

Debido a su espectacularidad, la comunidad científica ha estado estudiando estos eventos desde tiempos inmemoriales. Gracias a los avances en la física estelar y a una mejor infraestructura de telescopios a lo largo del siglo XX, podemos clasificar a las supernovas en dos grandes grupos según su mecanismo de formación.

Supernovas de Colapso Gravitatorio

El mecanismo más común es el colapso gravitatorio. Este proceso ocurre cuando una estrella masiva agota su combustible y deja de generar energía a través de la fusión nuclear en su núcleo. Como resultado, la estrella colapsa bajo su propia gravedad, formando una estrella de neutrones o un agujero negro. Estas son conocidas como supernovas de tipo II, Ib y Ic.

Supernovas Termonucleares (Tipo Ia)

El segundo mecanismo, mucho menos común, da lugar a las supernovas termonucleares, conocidas como tipo Ia. Se cree que resultan de la explosión de una enana blanca en un sistema binario. Actualmente, la naturaleza del compañero de la enana blanca es un debate abierto en la comunidad científica, con dos grandes hipótesis liderando la discusión. Es probable que ambas hipótesis contribuyan a la población observada de supernovas, y el debate se centra en cuál hipótesis contribuye a explicar la mayoría de estos eventos.

Una alternativa considera un sistema degenerado simple, en el cual la enana blanca tiene una estrella masiva como compañera. La estrella compañera dona su material a la enana blanca hasta que esta última alcanza una masa crítica y explota en una detonación termonuclear. La estrella compañera, en la mayoría de los casos, es expulsada a gran velocidad después de la explosión.

Otra posibilidad sugiere que estas supernovas podrían originarse en sistemas binarios doblemente degenerados, donde el sistema consiste en dos enanas blancas. Tradicionalmente, se ha pensado que las supernovas tipo Ia resultan de la colisión de estas enanas blancas debido a la pérdida de energía orbital a través de la radiación de ondas gravitacionales. Sin embargo, investigaciones recientes sugieren una fascinante alternativa: las supernovas tipo Ia podrían resultar de la detonación casi simultánea de ambas enanas blancas.

Doble Detonación: Explosión tras explosión

La idea central es la siguiente: la enana blanca primaria acumula una capa de material proveniente de su compañera, que eventualmente estalla en su superficie. Esto produce una onda de choque que se propaga a través de la enana blanca primaria, resultando en una explosión que la desintegra por completo. La compañera recibe un impacto tremendo, desencadenando un proceso análogo que culmina en su propia detonación. Este proceso (Figura 1) dura solo 4-5 segundos, ¡lo cual es extremadamente rápido en términos astrofísicos!

Para explorar esta posibilidad, los científicos utilizaron simulaciones hidrodinámicas avanzadas para modelar la interacción entre dos enanas blancas. A partir de estas simulaciones, obtuvieron el espectro de la explosión resultante y su curva de luz para varias inclinaciones del sistema binario con respecto a nuestro eje de observación. Los resultados se muestran en la Figura 2, explicando los datos con una precisión sorprendente.

Aunque consisten en dos explosiones, solo observamos un evento de supernova tipo Ia ¿No esperaríamos ver una diferencia notable entre una o dos explosiones? En este modelo, la detonación de la enana blanca primaria “encapsula” la explosión de la compañera, explicando la similitud entre ambos escenarios.

Dicho esto, existen varias diferencias importantes. Primero, la compañera. En un sistema degenerado simple, la estrella compañera es expulsada a gran velocidad, mientras que en el modelo de doble detonación, no se espera ver a la compañera, ya que también explotó. Esto se puede verificar con telescopios como Gaia, y existen observaciones consistentes con ambos modelos.

Adicionalmente, las supernovas tipo Ia tienen remanentes extremadamente esféricos. En el modelo degenerado simple, se esperaría una brecha donde se ubicaba la estrella compañera, rompiendo la simetría esférica. En cambio, en el modelo de doble detonación, es más fácil obtener un remanente esférico, ya que ambas enanas blancas explotan.

La idea de que las supernovas de tipo Ia pueden surgir de la detonación de dos enanas blancas en un sistema binario es una idea “antigua” (Nomoto, 1982), la cual ha resurgido gracias a mejores simulaciones y observaciones más precisas. Si bien este estudio no es “definitivo”, no queda duda de que abre las puertas a nuevas vías de investigación y podría cambiar la forma en que interpretamos el origen de este tipo de supernovas. A medida que los astrónomos continúan explorando el cosmos, cada descubrimiento nos acerca más a desentrañar los misterios del universo. ¡Estemos atentos a futuros estudios!