Supernovas inusuales y agujeros negros intermedios

Un extraño y violento destino aguarda a una enana blanca que vague demasiado cerca de un agujero negro de masa moderada.

De acuerdo a un nuevo estudio, el tirón gravitacional del agujero negro sobre la enana blanca causaría suficientes fuerzas de marea como para trastornar a la remanante estelar y re-encender la combustión nuclear en la estrella, dando lugar a una explosión de supernova con una apariencia inusual. La observación de esas supernovas podría confirmar la existencia de agujeros negros de masa intermedia, actualmente asunto de debate entre los astrónomos.

Imagen de la página de la Univ. de California, Santa Cruz

La serie de imágenes muestran la interacción de una enana blanca con un agujero negro. Al pasar cerca de un agujero negro, la enana blanca se vuelve fuertemente comprimida y calentada (arriba a la izq), disparando una explosión. La mayoría de la masa estelar es eyectada al espacio (la "burbuja" en la parte superior derecha de los escombros en la imagen de arriba-derecha), mientras el resto cae hacia el agujero negro. Mientras el material eyectado se expande rápidamente, el material que cae crea un disco de acreción alrededor del agujero negro.

"Nuestras simulaciones computacionales muestran que una peculiar supernova sería la firma distintiva de un agujero negro de masa intermedia", dice Enrico Ramírez-Ruíz, profesor en la Universidad de California, Santa Cruz.

Ramírez y sus colaboradores usaron detalladas simulaciones computacionales para seguir el proceso completo de la alteración de mareas de una enana blanca por un agujero negro. Sus simulaciones incluyen dinámica de gases, gravedad y física nuclear, requiriendo semanas de tiempo de computador para simular eventos que durarían una fracción de segundo. Un paper describiendo sus resultados ha sido aceptado para su publicación en Astrophysical Journal Letters y una preimpresión está disponible actualmente en línea.

"Cada estrella que no es demasiado masiva termina como una enana blanca, por lo que son muy comunes. Estábamos interesados en si las alteraciones de marea podrían traer revivir al cadáver estelar", dice Stephan Rosswog, primer autor del paper.

Una enana blanca puede explotar como una supernova tipo Ia si acumula suficiente masa al extraer material de una compañera estelar. Cuando alcanza la masa crítica (unas 1.4 veces la masa del Sol, lo que se denomina límite de Chandrasekhar), la enana blanca colapsa y explota. Los astrónomos usan este tipo de supernovas como "velas estandards" para mediciones de distancias cósmicas porque sus brillos evolucionan en el tiempo de una manera predecible.

El nuevo paper describe un mecanismo diferente para encender una enana blanca, en la que la alteración de mareas por un agujero negro causa una drástica compresión del material estelar. La enana blanca es aplastada en forma de panqueque alineada en el plano de su órbita alrededor del agujero negro. Como cada sección de la estrella es apretada a través de un punto de máxima compresión, la presión extrema causa un incremento nítido de la temperatura, que dispara la explosiva combustión.

La explosión eyecta más de la mitad de los escombros de la estrella, mientras el resto del material cae al agujero negro. El material que cae forma un luminoso disco de acreción que emite rayos-X y debería ser detectable por el Observatorio de rayos-X Chandra, según los investigadores.

Ramírez-Ruíz estima que este tipo de evento ocurriría unas 100 veces menos frecuentemente que las supernova tipo Ia estandards, pero serían detectables por futuros estudios diseñados para observar un gran número de supernovas. El Large Synoptic Survey Telescope (LSST), planeado para 2013, podría detectar cientos de miles de supernovas tipo Ia por año.

El mecanismo descrito en el paper requiere un agujero negro que no es ni muy pequeño ni muy grande. Semejantes agujeros negros de masa intermedia (500 a 1000 veces la masa del Sol) podrían residir en algunos cúmulos globulares, pero hay menos evidencia de su existencia de la que hay para los relativamente pequeños agujeros negros (decenas de veces la masa del Sol) o para agujeros supermasivos (unas millones de masas solares), encontrados en los centros de las galaxias.

El nuevo paper describe en detalle la alteración de una enana blanca con dos décimas de la masa del Sol por un agujero negro de 1000 masas solares. Los investigadores también encontraron que pueden variar la masa de la enana blanca y aún así llegar al mismo resultado.

Fuentes y links relacionados

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*EurekAlert:Unusual supernovae may reveal intermediate-mass black holes in globular clusters
*Universidad de California:Unusual supernovae may reveal intermediate-mass black holes in globular clusters
*Atypical Thermonuclear Supernovae from Tidally Crushed White Dwarfs
Stephan Rosswog, Enrico Ramirez-Ruiz, and William R. Hix
DOI: 10.1086/apjl22327

Fuente: Últimas noticias del cosmos