Luz de una explosión antigua, revisitada
En algún lugar de la constelación austral de Circinus, la luz de una explosión estelar llegó por primera vez a la Tierra hace aproximadamente 2.000 años. Astrónomos chinos registraron el evento en el año 185 d. C., lo que lo convierte en la supernova documentada más antigua de la historia. El remanente de esa explosión, designado RCW 86, ha sido estudiado con todos los principales observatorios de rayos X desde el inicio de la astronomía espacial, y repetidamente ha desafiado las expectativas. Una nueva observación del Explorador de Polarimetría de Rayos X de NASA (IXPE) ha revelado ahora el mecanismo físico detrás de uno de los comportamientos más desconcertantes del remanente.
El hallazgo, anunciado esta semana por NASA, identifica lo que los investigadores llaman un "efecto de choque reflejado" en el borde exterior de RCW 86. El fenómeno aparece en los datos de IXPE como una firma de polarización distintiva en la ubicación exacta donde la rápida expansión hacia afuera del remanente parece haberse detenido.
La cavidad que hizo a RCW 86 inusual
Para entender lo que encontró IXPE, conviene entender qué hizo anómalo a RCW 86 desde el principio. Cuando una estrella masiva termina su vida en una explosión de supernova, expulsa material hacia afuera en una onda de choque que se expande en el medio interestelar circundante. La velocidad de esa expansión depende de la densidad del material que encuentra la onda de choque: el material más denso la frena, mientras que el de menor densidad le permite expandirse más rápido.
El Observatorio de rayos X Chandra había identificado previamente una característica inusual alrededor de RCW 86: el remanente está rodeado por una gran cavidad de gas relativamente poco denso, que se cree fue excavada por los vientos estelares de la estrella progenitora durante los miles de años previos a la explosión. Esa cavidad permitió que la onda de choque se expandiera mucho más rápido de lo que lo haría en condiciones interestelares normales, lo que explica por qué RCW 86 parece inesperadamente grande para un remanente de 2.000 años y por qué su forma es irregular en lugar de la forma aproximadamente esférica típica de los remanentes de supernova jóvenes.
Lo que IXPE detectó en el borde
La pregunta que quedaba tras las observaciones de Chandra era qué ocurrió cuando la onda de choque en expansión llegó al borde de esa cavidad. La capacidad de polarimetría de rayos X de IXPE - la capacidad de medir no solo la intensidad de los rayos X sino también la orientación de su campo eléctrico - proporciona una herramienta para responder esa pregunta que las misiones de rayos X anteriores no tenían.
La emisión de rayos X polarizados de los remanentes de supernova se produce cuando electrones de alta energía giran en espiral alrededor de las líneas del campo magnético, un proceso llamado radiación sincrotrón. El patrón de polarización codifica información sobre la geometría del campo magnético y la dirección del choque. Cuando una onda de choque golpea una pared de material más denso, el borde de la cavidad, la geometría cambia de una manera característica que IXPE puede detectar.
El análisis del equipo de las nuevas observaciones de IXPE muestra exactamente esa firma en el borde exterior de RCW 86: una región donde el patrón de polarización es coherente con un choque reflejado, uno que rebotó en la pared de la cavidad y ahora se propaga tanto hacia adentro como hacia afuera. Este componente reflejado explica el observado freno de la expansión hacia afuera y completa una parte del panorama físico que las observaciones de Chandra habían dejado abierta.
Construir una imagen completa entre observatorios
La imagen compuesta publicada junto con el hallazgo ilustra el poder de combinar datos de múltiples observatorios que operan en diferentes longitudes de onda y con distintas capacidades de detección. IXPE aporta el mapa de rayos X polarizados que revela la geometría del choque. Chandra y XMM-Newton de la ESA aportan datos de rayos X de alta energía que muestran la distribución del gas más caliente calentado por el choque. Los datos de rayos X de menor energía trazan el material circumestelar más frío. Un campo estelar óptico de NOIRLab de la NSF proporciona contexto espacial frente al cielo de fondo.
Cada conjunto de datos revela un aspecto distinto del mismo sistema físico, y la combinación produce un relato físico más completo del que podría ofrecer cualquier observatorio individual. Este enfoque multibanda se ha convertido en práctica estándar en astrofísica de altas energías, y la capacidad polarimétrica única de IXPE ha añadido de forma constante información sobre la geometría del campo magnético que simplemente no era accesible antes del lanzamiento de la misión en 2021.
Por qué importan los remanentes de supernova
Más allá del interés intrínseco de resolver un rompecabezas astrofísico de décadas de antigüedad, RCW 86 y remanentes como este importan porque las supernovas son la forma en que la galaxia distribuye los elementos pesados forjados en los núcleos estelares. Cada átomo de calcio en los huesos humanos, de hierro en la sangre y de oxígeno en la atmósfera fue creado dentro de una estrella y distribuido por una explosión de este tipo. Comprender la física de las ondas de choque de supernova - cómo se expanden, qué ocurre en las transiciones de densidad, cómo aceleran los rayos cósmicos - se conecta directamente con preguntas sobre la evolución química de las galaxias y el origen de las materias primas de la vida.
RCW 86 es también un estudio de caso inusualmente bien acotado porque el registro histórico sitúa su explosión con precisión de unas pocas décadas. La mayoría de los remanentes de supernova se identifican sin una fecha firme, lo que hace inciertos los análisis basados en la edad. El registro del año 185 d. C. de astrónomos de la corte china proporciona un ancla cronológica que permite a los investigadores contrastar modelos con una línea temporal conocida en lugar de inferirla a partir del aspecto del remanente.
La misión en curso de IXPE
IXPE es una misión conjunta de NASA y la Agencia Espacial Italiana (ASI), con participación científica de 12 países. Se lanzó en diciembre de 2021 desde el Centro Espacial Kennedy de NASA a bordo de un cohete SpaceX Falcon 9 y es operado desde el Centro de Vuelo Espacial Marshall de NASA en Huntsville, Alabama. El observatorio ha observado ya más de 100 fuentes de rayos X, incluidos remanentes de supernova, sistemas de agujeros negros, estrellas de neutrones y magnetares. Sus datos polarimétricos han resuelto preguntas de larga data sobre los mecanismos de aceleración de partículas en varios de estos sistemas, y el resultado sobre RCW 86 continúa un historial de hallazgos que requieren esta capacidad de medición específica para lograrse.
Este artículo se basa en un reportaje de NASA. Leer el artículo original.
Originally published on nasa.gov