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Astrónomos investigan en las supernovas el origen del calcio en nuestros huesos

Supernovas ricas en calcio producen hasta la mitad de este elemento en el Universo.

Observaciones realizadas en el telescopio SOAR, en Chile, revelaron que un tipo particular de explosión de supernova produce enormes cantidades del mismo calcio que se encuentra en nuestros huesos y dientes, lo que representa hasta la mitad del calcio que se encuentra en el Universo.

Utilizando varios telescopios del Observatorio AURA y NOIRLab, incluido el telescopio Southern Astrophysical Research (SOAR), un equipo de astrónomos obtuvo datos cruciales sobre el funcionamiento interno de un tipo especial de estrella en explosión -o supernova- que produce grandes cantidades de calcio.

Estas explosiones particulares de estrellas compactas que pierden grandes cantidades de masa al final de sus vidas, producen este elemento en sus últimos momentos, poco antes de destruirse, y el estallido posterior dispersa el calcio por las galaxias como la Vía Láctea.

La investigación utilizó los recursos de varios telescopios alrededor del mundo y en el espacio, entre ellos el telescopio de Southern Astrophysical Research(SOAR), una instalación de Cerro Tololo (CTIO), y un programa de Observatorio AURA y NOIRLab de NSF.

En el equipo de investigadores destaca el astrónomo chileno Regis Cartier, quien explicó que “la mayoría de las estrellas masivas crean pequeñas cantidades de calcio durante sus vidas, pero eventos como esta supernova bautizada como SN 2019ehk, parecen ser responsables de producir grandes cantidades de calcio y en el proceso de explosión este elemento se dispersa a través del espacio interestelar, al interior de las galaxias”.

“En última instancia, este calcio se abre paso en la formación de sistemas planetarios, y en el caso de nuestra Tierra, termina integrándose en nuestros cuerpos, precisó Régis Cartier, astrónomo de NOIRLab y miembro del equipo de investigación.

Raffaella Margutti, autora principal del estudio en la Universidad Northwestern, agrega que antes de esta supernova, los astrónomos sólo tenían información indirecta sobre estos eventos, llamados supernovas ricas en calcio. “Con esta evidencia directa, ahora podemos descartar con seguridad la producción de supernovas ricas en calcio por parte de la gran mayoría de estrellas masivas”, comentó Margutti.

“Al observar lo que hizo esta estrella en su último mes antes de llegar a su final crítico y tumultuoso, nos asomamos a un lugar previamente inexplorado, abriendo nuevas vías de estudio”, dijo Wynn Jacobson-Galan, de la Universidad Northwestern, quien dirigió el estudio. Los resultados se publican en la edición del 5 de agosto de The Astrophysical Journal, que incluyó aportes de una enorme colaboración de casi 70 coautores de más de 15 países.

Los datos de SOAR fueron críticos para el resultado. En particular, el espectro infrarrojo adquirido con SOAR -el segundo obtenido de una supernova rica en calcio-, abrió una nueva ventana sobre el tipo de elementos expulsados por la supernova, como helio, carbono, magnesio y calcio, todos ellos con una huella digital espectral clara en longitudes de onda infrarrojas. Comprender cuánto y qué tipo de elementos son expulsados por una supernova proporciona pistas críticas sobre la naturaleza de la explosión: qué tipo de estrella explotó y cómo lo hizo. También proporciona información sobre cómo las supernovas ricas en calcio producen tanto calcio. Si bien esa interesante pregunta sigue siendo un tema abierto, las observaciones de SOAR representan algunos de los primeros pasos hacia una respuesta.

“Debido a que estos eventos son tan raros y difíciles de detectar, porque su brillo es tenue, no tenemos muchos datos para fundamentar nuestras teorías sobre lo que ocurre cuando estas estrellas expulsan material en su agonía”, dijo Cartier.

El evento explosivo ocurrió en Messier 100, una galaxia relativamente cercana y uno de los objetivos preferidos de observar por los astrónomos aficionados, siendo fácilmente visible a través de pequeños telescopios. De hecho, fue el astrónomo aficionado Joel Shepherd quien vio por primera vez la luz de la estrella en explosión mientras observaba el cielo nocturno el 28 de abril de 2019, en Seattle.

Messier 100 es una hermosa galaxia espiral similar a nuestra Vía Láctea que se encuentra a unos 55 millones de años luz de distancia hacia la constelación de Coma Berenices (Cabellera de Berenice) en el cielo del Norte cerca de la constelación de la Osa Mayor.

Según Jacobson-Galan, una vez que se anunció el descubrimiento, los telescopios de todo el mundo y en el espacio, apuntaron a la estrella en explosión.

Al aumentar las observaciones ópticas e infrarrojas como las de SOAR, las observaciones de rayos X revelaron una avalancha de rayos X de alta energía provenientes de SN 2019ehk- la primera vez que se observaron en una supernova rica en calcio. Según los investigadores, nadie había pensado en mirar este tipo de explosión en la luz de rayos X tan pronto como ocurrió.

La combinación de observaciones de SOAR y otros telescopios llevó a la conclusión del equipo de que esta supernova rica en calcio era una estrella compacta que expulsaba una capa externa de gas al expirar. Cuando explotó, su material expulsado colisionó con el material circundante en su capa externa y las temperaturas extremadamente altas produjeron rayos X, y alimentaron las reacciones químicas que producen calcio.

El papel del telescopio SOAR en el estudio de este evento refleja su evolución hacia los preparativos para el estudio denominado Legacy of Space and Time(LSST), que se llevará a cabo en el Observatorio Vera C. Rubin, también ubicado en Cerro Pachón. Como explicó el director de SOAR, Jay Elias, “El telescopio SOAR es una plataforma flexible, diseñada para poder responder rápidamente a eventos astronómicos inesperados como este. En los últimos años, SOAR ha observado muchos de estos eventos transitorios descubiertos por investigaciones de gran campo con el fin de investigar la naturaleza de esos eventos. Estamos trabajando continuamente para aumentar la eficiencia y la agilidad del telescopio mientras nos preparamos para el inicio del LSST “.

“Este tipo de ciencia, que depende críticamente del tiempo, es un aspecto importante de hacia dónde se dirige la astronomía”, dijo Edward Ajhar, de la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU.

“El telescopio Vera C Rubin que será emplazado en Cerro Pachón, descubrirá miles de eventos transitorios como éste que mantendrán ocupados a los astrónomos. Por ello, es importante continuar con el trabajo colaborativo entre científicos e instalaciones astronómicas, para aprovechar la enorme variedad de capacidades tecnológicas que tienen nuestros telescopios en Chile. Los resultados de esta investigación son el reflejo de coordinación eficiente y respuestas rápidas a eventos transitorios de muy poca duración que pueden entregar datos críticos para entender nuestro Universo”, señaló el Director del Observatorio AURA en Chile, Dr. Mario Hamuy.

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