A pesar de la creencia popular, no todas las estrellas masivas producen una supernova. En su lugar, implosionan y se convierten, directamente, en un agujero negro. Aunque el fenómeno no es nuevo, un nuevo estudio intenta delimitar mejor en qué rango de masas podría suceder…
Las estrellas masivas no siempre producen una supernova… pero sí agujeros negros (y estrellas de neutrones)
Las supernovas son uno de los fenómenos más violentos que podemos observar en el universo. En apenas un instante, la estrella colapsa bajo su propia gravedad, al quedarse sin material que poder fusionar en su núcleo. Tras la supernova, quedará un cadáver estelar, que será o bien una estrella de neutrones, o bien un agujero negro. El objeto resultante dependerá de la masa que tenía la estrella antes de llegar a su final. Normalmente, se ha planteado que esto sucede para cualquier estrella que tenga al menos 10 masas solares.
Pero un nuevo estudio plantea, sin embargo, que podría no ser así. El proceso hacia una supernova es muy bien conocido. Por un lado, tenemos las supernovas de tipo Ia. Estas se producen cuando una enana blanca, el cadáver de estrellas con una masa como la del Sol, o inferior. En este caso, la enana blanca tiene a su alrededor a una estrella compañera, a la que le roba material hasta que, finalmente, acumula demasiado. Cuando esto sucede (al llegar a 1,44 masas solares), se produce una supernova. Pero hay otro mecanismo…
Es el del colapso del núcleo. Probablemente sea el mecanismo que normalmente imaginamos cuando pensamos en una supernova. En un instante, la estrella colapsa bajo sí misma. Pero, antes de llegar a ese punto, se ha producido una larga secuencia de eventos. Tras la fusión de hidrógeno (el material acumulado durante su formación), la estrella se vuelve incapaz de continuar la fusión. Esto permite a la gravedad comprimir el núcleo de la estrella. El aumento de temperatura, sin embargo, permite que ahora el astro pueda fusionar helio, y detener el avance de la gravedad…
Algunas estrellas masivas en vez de terminar como una supernova, producen hipernovas…
A la fusión de helio le sigue el mismo mecanismo, avanzando hacia elementos cada vez más pesados (y menos eficientes en el proceso de fusión). Sea como fuere, en el caso de las estrellas más masivas, el proceso se detiene en la fusión de hierro. A partir de ese elemento, es necesaria más energía de la que se obtiene en la fusión, por lo que solo se acelera el desenlace del astro. En ese momento, el núcleo colapsa y provoca una onda de choque que destruye a la estrella. En los modelos habituales, este proceso tiene lugar en estrellas con masas muy definidas.
Normalmente, se produce a partir de las 9 o 10 masas solares, hasta un máximo de 40 o 50. Por encima de esa masa, las estrellas son tan masivas que pueden colapsar directamente hacia un agujero negro. No producen supernova alguna en el proceso. En el caso de estrellas todavía más masivas, con masas de 150 veces la del Sol, se puede producir una hipernova. Estas no se producen por el colapso del núcleo. En su lugar, lo produce un efecto llamado inestabilidad de pares, donde la colisión de fotones, creados en el núcleo, provocan la creación de pares de electrones y positrones.
En el estudio, se sugiere que el límite máximo para las supernovas de colapso de núcleo es mucho menor de lo que se pensaba. Los investigadores se han fijado en las abundancias de elementos en Arp 299 (el nombre que reciben dos galaxias que están en proceso de colisión). Debido al choque de las galaxias, la región es ideal para la formación de supernovas. De ahí que, por tanto, la abundancia de elementos en Arp 299 debería depender enormemente de los elementos expulsados durante una supernova. Así que han medido diferentes proporciones.
Lo que nos cuenta la abundancia de elementos
Se fijaron en la abundancia de hierro en comparación al oxígeno, y de neón y magnesio en cuanto al oxígeno. Así, vieron que las proporciones de neón y oxígeno, y magnesio y oxígeno, son similares a las del Sol. Mientras que el ratio de hierro y oxígeno era mucho menor que lo observado en nuestra estrella. El hierro es expulsado, eficientemente, por las supernovas más potentes. Las proporciones, medidas por los investigadores, no encajan con los modelos estándar de colapso del núcleo. Sin embargo, sí que encajan con los modelos de supernovas…
Eso sí, siempre que se excluyesen supernovas con más de entre 23 y 27 masas solares. Dicho de otro modo, si las estrellas colapsan hacia agujeros negros a partir de 27 masas solares (en lugar de 50), todo encaja. Los modelos y las observaciones, en este caso, sí que estarían mostrando lo mismo. Así que la conclusión más lógica parecería que, simplemente, las supernovas tienen un límite máximo inferior de lo que se pensaba. Pero, como suele ser habitual en estos casos, hay otras posibilidades. Basta fijarse en el magnesio y el neón.
Es posible que una supernova produzca una cantidad de neón y magnesio superior a lo predicho por los modelos. Pero, para saberlo, lo cierto es que lo único que se puede hacer es seguir estudiando el universo. En cualquier caso, esto no altera lo conocido en otros aspectos. Por un lado, que existe un rango de masas en el que las estrellas son lo suficientemente masivas como para no producir supernovas. Por otro, que las estrellas extremadamente masivas (150 masas solares o más) producen supernovas todavía más potentes (las hipernovas)…
Estudio
El estudio es J. Mao, P. Zhou, A. Simionescu et al.; «Elemental Abundances of the Hot Atmosphere of Luminous Infrared Galaxy Arp 299«. Publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters el 31 de agosto de 2021. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Universe Today
