Las explosiones de estrellas moribundas, conocidas como supernovas, son algunos de los acontecimientos más poderosos de todo nuestro universo, liberando más energía que la que liberará el Sol en toda su vida de 10.000 millones de años. (El Sol no es un jugador pequeño, ya que produce la energía de casi un billón de bombas de 1 megatón cada 10 segundos.)
La fuerza de una explosión de supernova es suficiente para expulsar escombros a velocidades de alrededor de 20 millones de millas por hora, generando ondas de choque – frentes de onda de presión que se mueven más rápido que la velocidad del sonido al chocar con el gas y el polvo circundante. A medida que las ondas de choque irradian hacia el espacio, calientan drásticamente este material hasta temperaturas de decenas de millones de grados, haciendo que el remanente de la supernova brille en rayos X.
Tales fuerzas inmensas y rápidas pueden parecer completamente imparables, pero en el caso de un remanente de supernova en nuestra galaxia, G21.5-0.9, las imágenes del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA revelan que una misteriosa presencia fue capaz de detener G21.5-0.9 en su camino.
El remanente de supernova G21.5-0.9
(Crédito: NASA/CXC/U.Manitoba/H.Matheson & S.Safi-Harb)
La mayor parte de la envoltura del remanente de supernova en esta imagen de G21.5-0.9 parece estar intacta y esférica, tal y como cabría esperar de una explosión perfecta y simétrica en un vacío perfecto. Este caparazón débilmente brillante marca el frente de la onda de choque de la supernova mientras se expande rápidamente hacia el exterior. Sin embargo, la parte superior de la cáscara de G21.5-0.9 está perturbada y aplanada, rompiendo el círculo, por lo demás limpio, en un lío de filamentos. Es casi como si un puño cósmico golpeara el remanente de supernova, deteniendo el avance de la onda de choque en el norte.
¿Qué podría ser tan inamovible contra estas poderosas ondas de choque? Cuando llegué al Centro de Astrofísica en 2018 para investigar G21.5-0.9 bajo la dirección del doctor Pat Slane, ya sospechábamos que la respuesta podría estar relacionada con las variaciones en el gas y el polvo sueltos fuera del remanente de supernova, también conocido como medio interestelar.
Para investigar esta corazonada, realizamos simulaciones por ordenador en las que podíamos observar la explosión original de G21.5-0.9 y seguir sus ondas de choque generadas a lo largo del tiempo. Cuando ajustamos el medio interestelar en la simulación a una densidad constante, dándonos una distribución uniforme de gas y polvo (como normalmente esperamos ver en el espacio), las ondas de choque parecían efectivamente expandirse en un círculo perfecto alrededor del centro de la supernova.
Sin embargo, cuando ajustamos las densidades del medio interestelar, descubrimos que las simulaciones ajustaban la forma del remanente de supernova en consecuencia. Si establecíamos una región de alta densidad por encima de la supernova, las ondas de choque radiantes golpearían la región y serían frenadas por la gruesa colección de gas y polvo. Esto aplanaría la parte superior del círculo, por lo demás perfecto, formado por el caparazón del remanente de supernova, tal y como vemos en G21.5-0.9.¡
Después de muchas simulaciones ajustando los detalles de esta región de alta densidad, encontramos que al establecer su densidad como 20 veces(!) la densidad del medio interestelar circundante y fijando su ubicación a 6 años luz al norte del centro de la supernova, se obtenía un remanente de supernova con una forma casi exacta de G21.5-0.9.
Aunque hayamos averiguado cómo G21.5-0.9 obtuvo su forma, aún no sabemos qué combinación específica de gas y polvo (¿hidrógeno? ¿grafito? ¿algo más?) creó una región de tan alta densidad en el medio interestelar, o por qué este gas y polvo se agruparía tan densamente en primer lugar.
Por suerte para nosotros, varios otros telescopios además de Chandra han apuntado a G21.5-0.9 en los últimos años, incluyendo Hitomi, NuSTAR, Swift, XMM-Newton e INTEGRAL. Con tantas misiones que buscan reunir aún más datos sobre este remanente de supernova de forma peculiar, es de esperar que las respuestas a estas preguntas no estén muy lejos.
Los resultados de este artículo se incluyen en un próximo artículo sobre G21.5-0.9 del primer autor, Soichiro Hattori, de la NYU de Abu Dhabi. Este artículo se enviará pronto a The Astrophysical Journal.
-Emily Zhang